現(xiàn)代工業(yè)及生活的發(fā)展進步對電機性能和質(zhì)量的要求越來越高,傳統(tǒng)電機因軸承存在機械摩擦而在性能上受到諸多限制。因此,為提高電機性能以及應(yīng)對某些特殊工作場合,無軸承電機逐漸興起,在生命科學、化工制藥、航空航天等領(lǐng)域擁有可觀前景。無軸承永磁同步電機具有無摩擦、損耗小、效率高等優(yōu)勢,將高磁導率的非晶合金材料應(yīng)用于無軸承永磁電機定子鐵心中,能夠進一步降低電機鐵耗,提升電機效率。本文針對非晶無軸承永磁同步電機進行了設(shè)計與仿真實驗,具體研究內(nèi)容如下:首先,回顧了無軸承電機的研究歷史以及非晶合金材料的出現(xiàn)和發(fā)展,分析了現(xiàn)下無軸承電機的研究熱點和非晶合金在電機中的使用現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上,為追求更高性能,提出將無軸承電機技術(shù)與非晶合金材料相結(jié)合,設(shè)計了非晶無軸承電機,選用結(jié)構(gòu)簡單且效率高的永磁電機,同時為簡單化制造工藝并減小繞組所占空間,電機采用單繞組結(jié)構(gòu)。其次,分析了無軸承電機工作原理及電機中的電磁力特點,解釋了電機內(nèi)部兩種極對數(shù)相差1的磁場產(chǎn)生懸浮力的原理,確定了電機定子繞組中的懸浮和轉(zhuǎn)矩電流表達式,并設(shè)計了電機的基本結(jié)構(gòu)。推導了同步坐標系下計及轉(zhuǎn)子偏心狀態(tài)的電感矩陣,最后具體列出電機數(shù)學模型。對于電機的... 

【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１麥克斯韋力示意圖??普通電機的轉(zhuǎn)子由軸承固定，默認始終與定子軸線同心，而無軸承電機??

?山東大學碩士學位論文???圖２－２無軸承永磁同步電機原理圖??為方便分析兩種磁場相互作用關(guān)系及電磁力，暫且不考慮電機轉(zhuǎn)子重??力，在數(shù)學模型中再行分析。該情況下若轉(zhuǎn)子處于中心位置無偏移，則不需??要懸浮繞組、％作用，此時電流為０，與普通永磁電機相同，電機中永??磁體產(chǎn)生對稱的２對極磁場，如圖中虛線所示，各處氣隙磁密均相等，此時??轉(zhuǎn)子所受的麥克斯韋力合力為零［５３］，在轉(zhuǎn)矩繞組Ｋ和％中通電流后產(chǎn)生的??兩對極磁場與永磁體磁場相互作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)；當懸浮繞??組＃、．和％通入電流生成１對極磁場時，如圖中實線所示。當通入圖中??所示電流時，氣隙磁密不再對稱，可以看到１區(qū)磁密增加、２區(qū)磁密減小，??此時轉(zhuǎn)子兩側(cè)氣隙磁密不對稱會造成電機轉(zhuǎn)子在水平ｘ方向受力不均，合力??指向ｘ軸正方向，則轉(zhuǎn)子受該力后將會向Ｘ軸正方向移動，當該電流反向時，??懸浮力將指向ｘ軸負方向并趨使轉(zhuǎn)子移動。同理Ｖ，繞組也可以通過改變通??入電流方向控制氣隙磁密變化，以制造沿７軸正、負方向的懸浮力。??２．２六相單繞組無軸承永磁同步電機工作原理??單繞組無軸承電機旨在使用一套繞組完成傳統(tǒng)無軸承電機兩套繞組的??功能，通過特定的繞組結(jié)構(gòu)和控制方法，達到同時為轉(zhuǎn)子提供電磁轉(zhuǎn)矩和懸??浮力的目的。與傳統(tǒng)雙繞組工藝相比的優(yōu)勢在于，采用單繞組形式的無軸承??電機繞線更加簡單，制作工藝難度降低，同時也降低了電機損耗。??在依然沿用傳統(tǒng)無軸承電機懸浮原理的前提下，為進一步改善電機結(jié)??構(gòu)、簡化制作工藝，將電機定子繞組設(shè)計為多相單繞組，再通入兩組相位差??不同的電流來獲得與普通雙繞組無軸承電機相同的效果。借鑒多相系統(tǒng)的多??１２??

?山東大學碩士學位論文???￣秦??Ｗ??圖２－３無軸承永磁同步電機繞組分布??電機定子共２４槽，每相繞組占４個槽，六相繞組采用分布式繞組結(jié)構(gòu)??嵌入定子槽內(nèi)，電機轉(zhuǎn)子采用４極平行充磁表貼式永磁體。六相繞組沿圓周??均勻分布，與雙Ｙ移１８０°雙三相永磁同步電機在繞組設(shè)計上相似，各相分??布由字母標注在圖中，正負號分別表示該相繞組的輸入端和輸出端。??根據(jù)上節(jié)分析的電流矢量／（？，幻及其磁場分布，為使電機定子產(chǎn)生２對??極轉(zhuǎn)矩磁場和１對極懸浮磁場，以上結(jié)構(gòu)的電機定子繞組中每相所通的轉(zhuǎn)矩??電流和懸浮電流４丨Ａ￣Ｗ）如式（２－１０）所７Ｋ：??＾ｔＡ?＝?Ａ?ｃ〇ｓ（＜＾０?ｆｓＡ?＝?／ｓ?ｃｏｓ〇〇??ｚｔＢ?＝?＇?ｃ〇ｓ（６＾?＋?２；ｒ／３）?ｉｓＢ?＝?Ｉｓ?ｃｏｓ（ｃｏｔ?－?２ｔｔ／３）??ｚｔｃ?＝?Ａ?ｃ〇ｓ（奴—２；ｒ／３）?ｉｓＣ?＝?Ｉｓ?ｃｏｓ（ｃｏｔ?＋?２＾／３）??／ｔＵ?＝?／ｔ?ｃｏｓ（ｃｏｔ）?ｚｓＵ?＝?Ｉｓ?ｃｏｓ（ｃｏｔ?－?７ｒ）?（２?１?〇）??／ｔＶ?＝?Ｉｘ?ｃｏｓ（ｃｏｔ?＋?２＾／３）?／ｓＶ?＝?Ｉｓ?ｃｏｓ（ｃＤｔ?＋?７ｒ／３）??／ｔＷ?＝?／ｔ?ｃｏｓ（＾?－?Ｉｎ／？＞）?／ｓＷ?＝?Ｉ％?ｃｏｓ（ｃｏｔ?－?７ｒ／３）??其中，／ｔ、／ｓ分別為轉(zhuǎn)矩電流幅值和懸浮電流幅值。??２．４六相單繞組無軸承永磁同步電機數(shù)學模型??２．４．１基于改進繞組函數(shù)法求解電機電感??無軸承電機轉(zhuǎn)子擁有一定運動范圍，設(shè)發(fā)生偏心時轉(zhuǎn)子位置如圖２－４所??示，此時其電感與普通電機也不盡相同。為了使其數(shù)學模型更精確，對電感??矩陣的分析計算必不可少。??１


本文編號：3477228