1、磁轴承的几何尺寸，磁轴承的尺寸越小硅钢片越薄。转子直径只受惯性离心力作用下材料强度的限制。而在材料力学中，材料的强度和转速之间的关系可表示为，其中表示材料的密度，硅钢片的密度为，表示材料的强度，查阅资料可知，硅钢片的强度为，从而可以确定转子的最大直径。在永磁偏置径向轴向磁轴承中的永磁体是个磁环。为了满足机械加工要求，考虑到永磁体的外形结构以及材料特性，在设计其尺寸时，需要限制其径向厚度不能小于。由于转子硅钢片是通过机械加工后，然后通过紧配合装配固定在转轴上的，因此，在高速旋转的情况下，转子轴肩处的剪切应力是最集中的地方，必须考虑转子轴肩处材料的剪切强度是否能够达到要求，因此要限制转轴的最小直径。为了尽量减小漏磁，所以在永磁体与定子叠片的接触面上，永磁体的贴合面要小于等于。
2、当时,两气隙处产生的吸力又变为使得转子重新返回到原来的平衡位置。同理,转子受其它方向干扰也始终能处于稳定的平衡状态。永磁偏置径向轴向磁轴承的基本结构和工作原理永磁偏置径向轴向磁轴承基本结构见图，由轴向定子轴向控制线圈径向定子径向控制线圈环型永久磁铁等构成。工作时轴向两个线圈径向分轴向定子轴向控制线圈轴向磁轴承气隙径向磁轴承气隙转子叠片径向控制线圈径向磁轴承定子环型永久磁体图永磁偏置径向轴向磁轴承结构示意图别对置的两个线圈串联作为相关自由度的控制线圈。定子铁芯采用硅钢片叠压而成，永久磁铁采用稀土材料钕铁硼制成。当径向轴向都稳定悬浮时，转子在永久磁铁产生的静磁场吸力下处于悬浮的中间位置，径向和轴向单边的气隙都为。由于结构的对称性，永久磁铁产生的磁通密度在转子上下左右和前后的气隙处是。
3、此控制信号变换成控制电流，这个电流流经电磁铁线圈绕组使铁芯内产生电磁磁通，在转子左面的处由励磁磁通和永磁磁通的流向相同，与永磁磁通叠加，使气隙处总的磁通增加，即励磁磁通在右面气隙处，由于与永磁磁通的流向相反，故在气隙处的总磁通减少为。根据吸力公式和，要满足，使转子回到参考位置的条件为如果转子受到个向左的外扰力，可以用类似的方法进行分析，得到相反的结论。因此，不论转子受到向右或向左的外扰动,带位置负反馈的永磁偏置轴向磁轴承系统，其转子通过控制器控制励磁绕组中的电流，调节左右气隙磁通的大小,始终能保持转子在平衡位置。第四章结论为了减小磁轴承电机的轴向长度提高临界转速缩小系统体积和提高系统的可靠性，实现磁轴承的集成化小型化，本文针对无轴承电机的种新型的永磁偏置径向轴向。
4、为零。当转子偏离平衡位置时，永磁偏置磁场对转子产生的磁阻力并不能使转子回到平衡位置，因此需要个主动的闭环伺服控制系统去控制轴向控制线圈和径向控制线圈的电流，产生控制磁通和偏置磁通叠加，使其在转子的个方向的磁通增强，在另个方向的磁通减少，因此在上下方向上产生的力的大小不样，转子在上下磁阻力的作用下回到平衡位置。图是轴向磁轴承的磁路图，图中是永久磁铁产生的静态偏置磁通，是轴向控制线圈中电流产生的控制磁通，气隙磁通由这两部分磁通合成。图是径向磁轴承的磁路图，图中标明了方向磁通的路径，是永久磁铁产生的静态偏置磁通，是方向的控制磁通，用同样的方法可以标明方向磁通的路径。图轴向磁轴承的磁路图图径向磁轴承的磁路图径向和轴向混合磁轴承在个自由度上的工作原理是样的。参考图，当轴向稳定悬浮时，磁轴承。
5、耦才是根本的保证。另外文献提出的控制方法没有考虑电机参数的变化来设计控制算法，因此，考虑电机参数的非线性变化磁路饱和对电机控制性能的影响，研究满足电机动态性能要求的控制器实现无轴承电机的电磁转矩和径向悬浮力控制之间的动态解耦，是无轴承交流电机的研究重要课题之。无轴承电机的应用现状无轴承电机，方面具有磁悬浮轴承的优点，如无接触无需润滑及无磨损等，可以用于真空技术无菌车间腐蚀性介质或非常纯净介质的传输另方面电机转速可以做得很高功率也可以很大，特别适用于高速或超高速数控机床涡轮分子泵离心泵压缩机飞轮储能装置及小型发电设备等工业领域，特别是无轴承电机比其他同功率的电机及支撑装置，体积小重量轻能耗小，对于提高航空肮天器的工作性能具有重要意义。无轴承电机作为种新型结构的电动机，发展才经历多年时间，研。
6、等的。这类磁轴承利用个径向充磁的环型永磁体来产生轴向和径向气隙的偏置磁场，采用单极性结构使偏置磁场在径向和轴向气隙流出入转子，消除了转子旋转时径向和轴向气隙中的磁极性变化，减小了转子在高速旋转时的磁滞损耗。利用永磁体代替电磁铁提供偏置磁通后具有如下优点线圈电流只需提供控制磁通，从而使电磁铁安匝数显著减小磁轴承的铜耗大大降低在气隙长度范围内，磁悬浮力的刚度系数更接近于常数每个自由度只需个功率放大器，使系统可靠性增强成本降低。该磁轴承的整体设计紧凑，其功能单元线圈磁极铁心永磁环体几乎占据了磁轴承大部分体积，空间利用率非常高。在控制线圈没有通电的情况下，转子处于平衡位置时，环型永磁体在轴向气隙处产生的偏置磁通相等，同时在四个径向气隙处也产生相等的偏置磁通，这样使转子受到的轴向和径向的磁阻力合力。
7、定子叠片的外圆柱面，以紧贴合于定子叠片外径。在设计过程中，要注意控制线圈在外壳中的体积约束。径向控制线圈的截面积要小于定子槽面积。轴向控制线圈的截面积要综合径向控制线圈截面积和外壳的内腔面积来综合考虑，要使径向线圈和轴向线圈相互间不接触，也要考虑到径向轴向磁路的走向尽可能的减少重叠，还要考虑到外壳的轴向长度尽可能的短，以减少整个磁轴承部分的长度体积。无轴承电机的系统设计无轴承电机的结构设计与普通轴承电机的设计既有相同，又有不同之处。普通轴承电机的设计包括转轴的结构布置，轴径估算，跨距和悬伸量的确定，静态和动态特性计算，外壳的结构和尺寸的确定，润滑油路及冷却通道的设计等。在设计无轴承电机的结构时，除了润滑油路，其他的都要考虑，另外还要单独设计普通电机所没有的永磁偏置径向轴向磁轴承的具体结构。
8、如永磁铁和电磁铁的结构和线圈参数的设计。设计出来的永磁偏置径向轴向磁轴承与电机相配合即为无轴承电机的总体结构。转轴部件主要结构尺寸的设计转子直径和磁场宽度的确定本课题转子直径的范围由设计要求给出，在结构允许的前提下，为提高其承载能力改善其动态特性，尽可能增加转子直径，所以我们取给出范围的上限，即。磁场宽度是指磁轴承电磁铁的轴向尺寸，为减小电机的轴向尺寸，磁场宽度取小值，大约为轴承转子的。悬伸量和跨距的确定般主轴设计时，其刚度主要由主轴本身的刚度和轴承的刚度两方面决定，悬伸量与跨距有个最佳比值。然而，由于磁轴承主轴部件的设计对其控制系统有影响，因此在主轴设计时，不仅要考虑的最佳值，而且要考虑给控制平衡位置中间位置,这个位置也称为参考位置。由于结构的对称性,永久磁铁产生的永磁磁通在转子上方气。
9、的电机参数变化的控制系统，这也是个难点。国外在这些方面研究中较具有代表性的方法，种是针对无轴承异步电机和同步电机提出了个近似线性化的基于矢量变换的控制算法来实现电磁转矩和径向悬浮力之间的解耦控制，但这种算法构造比较复杂，需要对多个磁链矢量进行控制，实现比较困难。另种方法分析无轴承异步电机在负载条件下径向悬浮力和电磁转矩耦合的关系，提出了对电机电流的幅值和相角进行补偿来保持旋转磁场的平稳转动和幅值恒定，实现两者之间的解耦，试验表明提出的补偿措施能实现负载条件下电机的稳定工作，并依此针对异步电机提出个间接矢量控制方法。但目前提出的各种方法从解耦角度看，仅仅实现了电机的电磁转矩和径向悬浮力控制之间的静态解耦，还未实现完全的动态解耦，要确保无轴承电机在过渡阶段的稳定运行，只有实现两者之间的动态解。
10、究水平还远未达到系统完善的地步，但是，其研究的进程是飞速的，国外已纷纷研制出无轴承感应电机无轴承片状电机无轴承同步磁阻电机无轴承永磁同步电机等实验样机。无轴承感应电机已用于密封泵计算机硬盘驱动装置无轴承片状电机已用于人工心脏泵中，初步显示了无轴承电机对国民经济和人民生活质量提高等方面所起的作用，相信无轴承电机的研究成果用于机械工业机器人及航空航天等领域会对国民经济产生巨大的影响。第二章机械结构的设计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，在设计过程中要注意综合考虑以下些情况磁轴承的定转子般是由硅钢片叠加成的，每片硅钢片的厚度取决。
11、子在永久磁铁产生的静磁场吸力下处于悬浮的中间位置，也称这个位置为参考位置。由于结构的对称性，永久磁铁产生的磁通在转子右面的气隙处和转子左面的气隙处是相等的，此时左右吸力相等。如果在此平衡位置时转子受到个向右的外扰力，转子就会偏离参考位置向右运动，造成永久磁铁产生的左右气隙的磁通变化假设径向在平衡位置，即左面的气隙增大，使永磁体产生的磁通减少，右面的气隙减少，使永磁体产生的磁通增加。根据磁场吸力与磁通的关系可得式中分别为吸力盘左右面受到的电磁吸力分别为左右气隙处产生的合成磁通为轴向磁极的面积为空气的磁导率。在未产生控制磁通之前，由于，故。由于外扰力使转子向右运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移量，控制器将这位移信号转变成控制信号，功率放大器又将。
12、隙处和转子下方气隙处是相等的。此时若不计重力则两气隙处对转子的吸力相等,即。假设在参考位置上转子受到个向下的外扰,转子就会偏离其参考位置向下运动,由于转子上下气隙的间隙变化,使得其磁通变化即上间隙增大,磁通减少下间隙减小,磁通增加。由于,故由磁场吸力与磁通的关系可得转子受到的吸力变为。此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移,控制器将这位移信号变换成控制信号,功率放大器又将该控制信号变换成控制电流,该电流流经电磁铁线圈绕组使铁芯内产生电磁磁通,该磁通在转子上方气隙处与永磁磁通叠加时,由于永磁磁通与电磁磁通流向相同,故使气隙处的总磁通增加,由原来的变为磁通在转子下方气隙处与永磁磁通叠加时,由于永磁磁通与电磁通流向相反,故使气隙处的总磁通减少,由原来的变为。。
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【毕业设计】无轴承电机的结构设计