机电一体化本科论文设计无轴承电机设计研究.docVIP

抚顺职业技术学院 毕业设计（论文） 题 目： 无轴承电机 院 部： 抚顺职业技术学院 专 业： 机电一体化 学 号： 0901010212 学生姓名： 孙超 指导教师： 王红艳 职 称： 二OO 年 月 日 摘要 无轴承电机是典型的机电一体化产品，由于它具有上述诸多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。对于一个典型的无轴承电机来说，它主要由机械、检测、控制三大主要部分组成，而控制系统是整个系统的关键，而合理的机械结构设计又是保证承载能力要求和运行稳定可靠的前提，所以，本论文主要对机械系统和控制系统进行分析和设计。 文中以无轴承电机的永磁偏置径向轴向磁轴承本体结构的设计（机械部分）及控制系统为主要研究对象，设计出合理的结构参数和控制系统，并对系统的稳定性进行简要的分析。 目录 摘要 1 1.绪论 4 1.1 无轴承电机的研究意义与现状 4 1.1.1 无轴承电机的研究意义 4 2.机械结构的设计 5 2.1 引言 5 2.2 无轴承电机的系统设计 5 2.2.1 转轴部件主要结构尺寸的设计 5 2.2.2 主轴上零件的布置 5 2.3无轴承电机的总体结构设计 6 2.4 无轴承电机主要零部件的结构设计 6 2.4.1 无轴承电机磁悬浮轴承总体结构设计 6 2.4.1.1 磁悬浮轴承的选择 6 2.4.2 永磁偏置径向轴向磁轴承的总体结构设计 7 2.5 无轴承电机的主要零件结构设计 7 2.5.1 电磁轴承的定子与转子 7 2.5.2 传感器支架及其基准环 7 2.5.3 缸筒 9 2.5.4 转轴 9 2.5.5 电磁轴承端盖 9 3.磁悬浮轴承的工作原理及数学建模 11 3.1 引言 11 3.2 磁轴承的组成 11 3.2.1 磁轴承的机械系统 11 3.2.2 磁轴承的偏磁回路 12 3.2.3 磁轴承的控制回路 12 3.3 磁轴承的基本工作原理 13 3.3.1 永磁偏置径向轴向磁轴承的基本结构和工作原理 13 3.4 永磁偏置轴向径向磁轴承的建模 14 3.4.1 磁路计算的基本定律和公式罗列 14 3.4.2 永磁偏置径向轴向磁轴承的等效磁路分析 15 3.4.3 径向—轴向磁轴承的吸力方程 17 3.4.4 径向—轴向磁轴承在平衡位置的承载能力 18 3.4.5 径向—轴向混合磁轴承参数设计 18 3.5 混合磁轴承的具体参数设计 21 3.5.1 选取永磁材料 22 3.5.2 确定工作气隙磁感应强度 22 3.5.3 磁极面积的计算 22 3.5.4 求定子内径 23 3.5.5 求磁极弧长及叠片厚度 23 3.5.6 安匝数的计算 23 3.5.7 匝数与电流的分配 23 3.5.8 线径 23 3.5.9 窗口面积的求取 23 3.5.10 永久磁铁参数计算 24 结论 25 个人总结 26 参考文献 27 1.绪论 1.1 无轴承电机的研究意义与现状 1.1.1 无轴承电机的研究意义 所谓无轴承电机（Bearingless Motor or Self-bearing Motor） 图1-2 无轴承电机的结构示意图 无轴承电机一方面保持磁轴承支承的电机系统寿命长、无须润滑、无机械摩擦和磨损等优点外，还有望突破更高转速和大功率的限制，拓宽了高速电机的使用范围，与磁轴承支撑的高速电机相比具有下列优点： ①电机轴向长度可以设计得较短，临界转速可以较高，拓宽了高速电机的应用领域，特别是在体积小、转速高和寿命长的应用领域；另一方面，在同样长度的电机转轴情况下，输出功率将比磁轴承支承的电机有大幅度提高。 ② 结构更趋简单，维修更为方便，特别是电能消耗减少。 2.机械结构的设计 2.1 引言 本课题主要研究的无轴承电机的结构和电机结构有较大的相似之处，只是在普通电机中加入一个本文侧重研究的永磁偏置径向轴向磁轴承而已。接合具体的情况，在实际设计过程中许多尺寸的确定是借鉴和参考电机设计而得出。 2.2 无轴承电机