无轴承电机的结构设计开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写800字左右的文献综述：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。图11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：电机的转速和输出功率难以进一步提高；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、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。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：径向悬浮力绕组叠加到电机的定子绕组上，不占用额外的轴向空间。一方面，电机轴向长度可以设计得较短，临界转速可以较高，电机转速仅受材料强度的限制，这样无轴承电机大大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，如要求无粉尘、无润滑、小体积环境工作的计算机硬盘驱动器、微型高速机床等；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。结构更趋简单，维修更为方便，特别是电能消耗减少。传统的磁轴承需要静态偏置电流产生电磁力来维持转子稳定悬浮，而无轴承电机不再需要。径向悬浮力的产生是基于电机定子绕组产生的磁场，径向悬浮力控制系统的功耗只有电机功耗的2%，5%，这些优点特别适用于航空航天等高科技领域。基于无轴承电机高品质的性能，广阔的应用前景，对提高机械工业制造装备的水平，特别是提高航空航天器工作性能无疑具有现实和深远意义，其研究工作越来越受到国内外科技工作者的高度重视。我国已经开始重视研究无轴承电机，1999年国家自然科学基金资助了无轴承电机的研究工作，南京航空航天大学、江苏理工大学和沈阳工业大学得到了支持并正在开展无轴承交流电机、无轴承片状电机等的研究。还有一些单位得到了省市有关部门基金的支持，也正在研究和探索这项高新技术。目前国内已发表了多篇综述及理论仿真研究的文章，对无轴承电机的研究成果还未进行公开报道。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。2主要参考文献：邓智泉，严仰光，“无轴承交流电动机的基本理论和研究现状”，电工技术学报，2000年4月，第15卷第2期邓智泉，何礼高，严仰光，“无轴承交流电动机的原理及应用”，机械科学与技术，2002年9月，第21卷第5期朱熀秋，邓智泉，严仰光，袁寿其，“无轴承电机的研究原理及研究现状”，微电机，2000年，第6期朱熀秋，“无轴承电动机轴向磁轴承参数设计与控制系统研究”，电工技术学报，2002年6月，第17卷第3期曾励，陈飞，宋爱平，黄民双，“动力磁悬浮轴承的研究现状及关键技术”，中国机械工程，2001年11月，第12卷第11期曾励，陈飞，宋爱平，“动力磁悬浮轴承原理”，现代制造工程，2002年4月邓智泉，张宏全，王晓琳，严仰光，“基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制”，中国航空学报（英文版），2002.15（1）：3843朱熀秋，邓智泉，袁寿其，李冰等，“永磁偏置径向轴向磁悬浮轴承工作原理和参数设计”中国电机工程学报，2002年9月，第22卷第9期王晓琳，邓智泉，严仰光，“一种新型的五自由度磁悬浮电机”，南京航空航天大学学报，2004年4月，第36卷第2期王怀颖，“永磁偏置的磁力轴承的研究”，南京师范大学学报（工程技术版），2003年，第3卷第1期王冠，徐龙祥，“永磁偏置五自由度磁轴承结构及磁路分析”，机电产品开发与创新，2003年第6期李冰，邓智泉，严仰光，“一种新颖的永磁偏置三自由度电磁轴承”，南京航空航天大学学报，2003年2月，第35卷第1期曾励，朱熀秋，曾学明，徐龙祥，刘正埙，“单自由度混合磁悬浮轴承控制系统模型的研究”，南京航空航天大学学报，1998年12月，第30卷第6期毕业设计（论文）开题报告3本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一.介绍无轴承电机的研究意义及现状。二.从无轴承电机的总体结构入手，对无轴承电机的机械结构及零部件进行了设计。三.分析无轴承电机中永磁偏置径向轴向磁轴承的工作原理，建立了数学模型，并以具体的参数要求为例，对其结构参数进行计算。四.对系统性能指标和稳定性进行分析，按照性能参数的要求计算控制参数并设计PID控制器及其控制电路。