無軸承電機研究論文_優(yōu)秀論文

1、 無軸承電機研究論文無軸承電機起源及發(fā)展在費拉里斯和特斯拉發(fā)明多相交流系統(tǒng)后, 19世紀80年代中期, 多沃羅沃爾斯基發(fā)明了三相異步電機, 異步電機無需電刷和換向器, 但長期高速運行, 軸承維護保養(yǎng)仍是難題。二次世界大戰(zhàn)后, 直流磁軸承技術(shù)的發(fā)展, 使得電機和傳動系統(tǒng)無接觸運行成為可能, 但這種傳動系統(tǒng)造價很高, 因為鐵磁性物體不可能在一個恒定磁場中穩(wěn)定懸浮。主動磁軸承的發(fā)明, 解決了這個難題, 但用主動磁軸承支承剛性轉(zhuǎn)子要在5個自由度上施加控制力, 磁軸承體積大、結(jié)構(gòu)復雜和造價高。20世紀后半期, 為了滿足核能開發(fā)和利用, 需要用超高速離心分離方法生產(chǎn)濃縮鈾, 磁軸承能滿足高速電機支撐要求,

2、 于是在歐洲開始了研究各種磁軸承計劃。1975年, 赫爾曼申請了無軸承電機專利, 專利中提出了電機繞組極對數(shù)和磁軸承繞組極對數(shù)的關(guān)系為1。用赫爾曼提出的方案, 在那個年代是不可能制造出無軸承電機的。隨著磁性材料磁性能進一步提高, 為永磁同步電機奠定了有力競爭地位。同時, 隨著雙極晶體管的應(yīng)用, 以及和柏林格爾提出的無損開關(guān)電路結(jié)合, 能夠制造出滿足無軸承電機要求的新一代高性能功率放大器。大約在1985年, 具有快速和負載能力的功率開關(guān)器件和數(shù)字信號處理器的出現(xiàn), 使得已經(jīng)提出20多年的交流電機矢量控制技術(shù)才得以實際應(yīng)用, 這樣解決了無軸承電機數(shù)字控制的難題。瑞士蘇黎世聯(lián)邦工學院的比克爾在這些科

3、技進步的基礎(chǔ)上, 于20世紀80年代后期才首次制造出無軸承電機。幾乎與比克爾同時, 1990年日本A.Chiba首次實現(xiàn)磁阻電機的無軸承技術(shù)。1993年, 蘇黎世聯(lián)邦工學院的R.Schoeb首次實現(xiàn)交流電機的無軸承技術(shù)。無軸承電機取得實際應(yīng)用, 關(guān)鍵性突破是1998年蘇黎世聯(lián)邦工學院的巴萊塔研制出無軸承永磁同步薄片電機, 電機結(jié)構(gòu)簡單, 大大降低了控制系統(tǒng)費用, 在很多領(lǐng)域具有很大應(yīng)用價值。2000年, 蘇黎世聯(lián)邦工學院的S.Sliber研制出無軸承單相電機, 再一次在無軸承電機研究歷史上前進了一步, 降低了控制系統(tǒng)的費用, 使得無軸承電機實際應(yīng)用不僅僅是可想的, 而且是經(jīng)濟的。無軸承電機像機

4、械軸承支承的電機一樣簡單, 電氣控制系統(tǒng)并不復雜, 在很多領(lǐng)域采用無軸承電機也很經(jīng)濟。我們認為在不久的將來, 這種技術(shù)在中國將取得廣泛的應(yīng)用。無軸承電機特點及應(yīng)用無軸承電機是根據(jù)磁軸承與電機產(chǎn)生電磁力原理的相似性, 把磁軸承中產(chǎn)生徑向力的繞組安裝在電機定子上, 通過解耦控制實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力的獨立控制。無軸承電機具有磁懸浮磁軸承所有優(yōu)點, 需要免維修、長壽命運行, 無菌、無污染以及有毒有害液體或氣體的傳輸是無軸承電機典型應(yīng)用場合。目前得到了如下應(yīng)用。1.半導體工業(yè)在蝕刻、制板、清洗或拋光等加工過程中需用腐蝕性化學液體, 產(chǎn)品質(zhì)量很大程度上取決于化學液體質(zhì)量, 液體輸送泵是關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)

5、。像酸液、有機溶劑等腐蝕的化學液體, 泵必須無污染可靠傳輸, 并且泵要具有抗腐蝕和耐一定溫度的要求。傳統(tǒng)氣動和薄片泵壽命短, 大多數(shù)耐溫最高只有100左右, 運動閥和薄片仍然會產(chǎn)生少量的微粒, 液體傳輸也存在著不均勻的脈動, 影響了工藝處理質(zhì)量。采用無軸承電機密封泵能解決傳統(tǒng)傳輸中存在的缺陷, 大大滿足精密半導體器件生產(chǎn)工藝要求。目前, 功率為300W的無軸承電機密封泵已經(jīng)在半導體工業(yè)得到應(yīng)用。2.化工領(lǐng)域放射性環(huán)境或高溫輻射環(huán)境等惡劣條件下, 用無軸承電機密封泵進行廢料處理, 能解決機械軸承磨損和維修的難題。在化學工業(yè), 對有效密封傳輸和生產(chǎn)系統(tǒng)的需求進一步提高, 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸密封的密封泵,

6、機械軸承需要潤滑, 據(jù)報道80%的故障是由于密封失效引起的, 20%是軸承、連接及其它故障。為了安全生產(chǎn), 免遭環(huán)境污染, 使用無軸承電機密封泵是最佳選擇。目前, 蘇黎世聯(lián)邦工學院和Sulzer泵公司合作完成了功率為30kW的無軸承密封泵樣機的研制和測試工作, 進入了試運行階段。3.生命科學領(lǐng)域心臟是生命的永動機, 一旦發(fā)生故障難以修復。利用人工心臟部分或全部替代心臟功能成為心臟病患者生命延續(xù)的福音。利用機械軸承的血泵會產(chǎn)生摩擦和發(fā)熱, 使血細胞破損, 引起溶血、凝血和血栓, 甚至危及病人生命。蘇黎世聯(lián)邦工學院和Levitronix公司研制成功的無軸承永磁電機驅(qū)動的血泵和可以移植到人體內(nèi)的心臟

7、左心室輔助裝置已經(jīng)在臨床中應(yīng)用。研究和應(yīng)用前景我國開展磁懸浮列車和磁軸承研究多年, 自20世紀90年代后期, 江蘇大學、沈陽工業(yè)大學和南京航空航天大學等先后得到了國家自然科學基金資助, 開展了無軸承電機研究工作, 在理論和實驗方面取得了一些成績。江蘇大學電氣信息工程學院朱？秋與瑞士蘇黎世聯(lián)邦工學院J.Hugel教授等共同開展了功率為4kW的無軸承永磁同步電機研究和應(yīng)用工作, 攻克了傳感器檢測、功率損耗等關(guān)鍵技術(shù)難題, 成功研制出世界上第一臺功率為4kW的無軸承永磁薄片電機, 預計2004年將在化工工業(yè)、半導體工業(yè)等得到應(yīng)用。在美國、日本等國家, 無軸承電機在生命科學、制藥行業(yè)、化工行業(yè)、半導體工業(yè)、食品工業(yè)等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。隨著我國經(jīng)