无轴承电机的结构与悬浮控制

文档编号:JX415  包括设计图,说明书字数:19415.页数:39

摘要
本文档阐述的是对无轴承电机的研究，设计，以及工作原理。我们知道，电机高速运转对机械轴承振动冲击大，机械轴承磨损快，大幅度缩短了轴承和电机使用寿命，为此用机械轴承来支承高速电机严重制约着电机向更高速度和更大功率方向发展。近 20 多年来发展起来的磁轴承 ，是利用磁场力将转子悬浮于空间，实现转子和定子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。而无轴承电极与普通电极相比有很多优点：① 径向悬浮力绕组叠加到电机的定子绕组上，普通电极相比有很多优点。② 结构更趋简单，维修更为方便，特别是电能消耗减少。所以无轴承电极正适合现在的发展，对他的研究意义十分重大。
无轴承电机并不是说不需要轴承来支承，而是不需单独设计或使用专门的机械轴承、气浮或液浮轴承。由于磁轴承结构与交流电机定子结构的相似性，把磁轴承中产生径向悬浮力的绕组叠加到电机的定子绕组上，构成无轴承电机，。证电机定子等效绕组产生的磁场极对数与径向悬浮力绕组产生磁场极对数的关系为: =，悬浮力绕组产生的磁场和电机定子绕组（或永磁体）产生的磁场合成一个整体，通过探索驱动电机转动的旋转力和径向悬浮力耦合情况以及解耦方法，独立控制电机的旋转和转子的稳定悬浮，实现电机的无轴承化。
无轴承电机是典型的机电一体化产品，由于它具有优良性能及其在众多工业领域内的应用前景，使得无轴承电机技术越来越受到国内外专家、学者的关注与重视。而我国对这一技术的研究尚不成熟，针对这种情况，我们在毕业设计中选择了这一课题。鉴于无轴承电机不但具有磁悬浮轴承的优点，而且比其他同功率的电机及支撑装置，体积小、重量轻、能耗小，对于提高高速及超高速运转机械的工作性能具有重要意义，本文就是基于这些问题提出的。
关键词：轴承，电机

目录
第一章  绪论 3
1.1 无轴承电机的研究意义与现状 3
1.1.1 无轴承电机的研究意义 3
1.1.2 无轴承电机的研究现状 5
1.2文档的提出及文档的内容安排 6
1.2.1 文档的提出 6
1.2.2 文档内容的安排 7
第二章 机械结构的设计 8
2.1 引言 8
2.2 无轴承电机的系统设计 8
2.2.1 转轴部件主要结构尺寸的设计 9
2.2.2 主轴上零件的布置 9
2.3无轴承电机的总体结构设计 10
2.4 无轴承电机主要零部件的结构设计 11
2.4.1 无轴承电机磁悬浮轴承总体结构设计 11
2.4.2 永磁偏置径向轴向磁轴承的总体结构设计 11
2.5 无轴承电机的主要零件结构设计 12
2.5.1 电磁轴承的定子与转子 13
2.5.2 传感器支架及其基准环 13
2.5.3 缸筒 14
2.5.4 转轴 16
2.5.5 电磁轴承端盖 16
第三章  磁悬浮轴承的工作原理及数学建模 18
3.1 引言 18
3.2 磁轴承的组成 19
3.2.1 磁轴承的机械系统 19
3.2.2 磁轴承的偏磁回路 19
3.2.3 磁轴承的控制回路 20
3.3 磁轴承的基本工作原理 21
3.3.1 永磁偏置径向轴向磁轴承的基本结构和工作原理 22
3.4 永磁偏置轴向径向磁轴承的建模 24
3.4.1 磁路计算的基本定律和公式罗列 25
3.4.2 永磁偏置径向轴向磁轴承的等效磁路分析 25
3.4.3 径向—轴向磁轴承的吸力方程 27
3.4.4 径向—轴向磁轴承在平衡位置的承载能力 28
3.4.5 径向—轴向混合磁轴承参数设计 29
3.5 混合磁轴承的具体参数设计 32
3.5.1 选取永磁材料 33
3.5.2 确定工作气隙磁感应强度 33
3.5.3 磁极面积的计算 33
3.5.4 求定子内径 34
3.5.5 求磁极弧长及叠片厚度 34
3.5.6 安匝数的计算 34
3.5.7 匝数与电流的分配 34
3.5.8 线径 34
3.5.9 窗口面积的求取 35
3.5.10 永久磁铁参数计算 35
第四章  结论 36
参考文献 39
致   谢 39

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