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无轴承电机主体及关键部件的结构设计参考.pdf

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无轴承电机主体及关键部件的结构设计参考.pdf

第1章绪论1.1无轴承电机的研究意义一些精密数控机床、涡轮分子泵、小型发电机或高速飞轮储能等装备中需要用大功率的高速超高速电动机(以下简称为电机)来驱动。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(MagneticBearing),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,易在高速,低摩阻,高(低)温及真空环境下应用较多。图1-1磁轴承支撑的电机结构图图1-1是由磁轴承支承的高速电机结构示意图。磁轴承支承的电机虽然具有突出的优点,但在不同的应用领域依然存在如下问题:①电机的转速和输出功率难以进一步提高;②磁轴承需要高性能的控制器、功率放大器和多个造价较高的精密位移传感器等,使磁轴承结构较为复杂、﹒1﹒体积较大和成本较高,大大制约了由磁轴承支承的高速电机的使用范围和广泛应用。所谓无轴承电机(BearinglessMotororSelf-bearingMotor),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(二自由度见图1-2),保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:=1p2p1p2p11。用赫尔曼提出的方案,在那个年代是不可能制造出无轴承电机的。随着磁性材料磁性能进一步提高,为永磁同步电机奠定了有力竞争地位。瑞士苏黎世联邦工学院的比克尔在这些科技进步的基础上,于20世纪80年代后期才首次制造出无轴承电机。几乎与比克尔同时,1990年日本A.Chiba首次实现磁阻电机的无轴承技术。1993年,苏黎世联邦工学院的R.Schoeb首次实现交流电机的无轴承技术。无轴承电机取得实际应用,关键性突破是1998年苏黎世联邦工学院的巴莱塔研制出无轴承永磁同步薄片电机,电机结构简单,大大降低了控制系统费用,在很多领域具有很大应用价值。2000年,苏黎世联邦工学院的S.Sliber研制出无轴承单相电机,再一次在无轴承电机研究历史上前进了一步,降低了控制系统的费用,使得无轴承电机实际应用不仅仅是可想的,而且是经济的。目前

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