畢業(yè)論文設(shè)計(-東南大學(xué)級計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全)

1、.畢業(yè)設(shè)計報告（論文） 課題名稱 無軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè) 機(jī)電 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 王 起訖日期 2011年5月-2011年11月 設(shè)計地點(diǎn) ;摘 要為了減小磁軸承電機(jī)的軸向長度、提高臨界轉(zhuǎn)速、縮小系統(tǒng)體積和提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)磁軸承的集成化、小型化，本文針對無軸承電機(jī)的一種新型的永磁偏置徑向軸向磁軸承進(jìn)行了初步的研究。在我們?nèi)粘Ｉ钪芯軘?shù)控機(jī)床、渦輪分子泵、小型發(fā)電機(jī)或高速飛輪儲能等裝備中需要用大功率的高速超高速電動機(jī)（以下簡稱為電機(jī)）來驅(qū)動。我們知道，電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)對機(jī)械軸承振動沖擊大，機(jī)械軸承磨損快，大幅度縮短了軸承和電機(jī)使用壽命，為此用機(jī)械軸承來支承高速電機(jī)嚴(yán)重制約著電機(jī)

2、向更高速度和更大功率方向發(fā)展。近 20 多年來發(fā)展起來的磁軸承（ Magnetic Bearing ) ，是利用磁場力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子和定子之間沒有機(jī)械接觸的一種新型高性能軸承。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我的收獲不小。由于本次設(shè)計的無軸承電機(jī)是較先進(jìn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，運(yùn)用到控制理論、電磁學(xué)理論、電子理論、機(jī)械設(shè)計等許多方面的知識，涉及面很廣。因此，通過一次設(shè)計，不僅鞏固了本專業(yè)的基礎(chǔ)知識，并且學(xué)到了許多有關(guān)電子信息方面的知識，兼培養(yǎng)了自己的綜合設(shè)計能力。由于本人水平有限，時間倉促，文中難免有錯誤和不足之處，敬請老師及同學(xué)諒解并予以指正。目 錄第一章11.1 無軸承電機(jī)的研究意義與現(xiàn)狀11、無

3、軸承電機(jī)的研究意義12、無軸承電機(jī)的研究現(xiàn)狀32.1 無軸承電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r32.2 無軸承電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀32.3 無軸承電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀4第二章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計52.1 引言52.2 無軸承電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計51、轉(zhuǎn)軸部件主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計62、主軸上零件的布置62.3無軸承電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計72.4 無軸承電機(jī)主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計71、無軸承電機(jī)磁懸浮軸承總體結(jié)構(gòu)設(shè)計72、永磁偏置徑向軸向磁軸承的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計82.5 無軸承電機(jī)的主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計91、電磁軸承的定子與轉(zhuǎn)子92、傳感器支架及其基準(zhǔn)環(huán)103、缸筒114、轉(zhuǎn)軸13第三章 磁懸浮軸承的工作原理143.1 引言143.2 磁軸承的

4、組成151、磁軸承的機(jī)械系統(tǒng)152、磁軸承的偏磁回路15233、磁軸承的控制回路163.1 控制器163.2 功率放大器163.3 傳感器163.3 磁軸承的基本工作原理171、永磁偏置徑向軸向磁軸承的基本結(jié)構(gòu)和工作原理18第四章 結(jié)論21致謝22第一章1.1 無軸承電機(jī)的研究意義與現(xiàn)狀1、無軸承電機(jī)的研究意義一些精密數(shù)控機(jī)床、渦輪分子泵、小型發(fā)電機(jī)或高速飛輪儲能等裝備中需要用大功率的高速超高速電動機(jī)（以下簡稱為電機(jī)）來驅(qū)動。我們知道，電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)對機(jī)械軸承振動沖擊大，機(jī)械軸承磨損快，大幅度縮短了軸承和電機(jī)使用壽命，為此用機(jī)械軸承來支承高速電機(jī)嚴(yán)重制約著電機(jī)向更高速度和更大功率方向發(fā)展。近 2

5、0 多年來發(fā)展起來的磁軸承（ Magnetic Bearing ) ，是利用磁場力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子和定子之間沒有機(jī)械接觸的一種新型高性能軸承。圖 11 是由磁軸承支承的高速電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。磁軸承支承的電機(jī)雖然具有突出的優(yōu)點(diǎn)，但在不同的應(yīng)用領(lǐng)域依然存在如下問題： 電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率難以進(jìn)一步提高； 磁軸承需要高性能的控制器、功率放大器和多個造價較高的精密位移傳感器等，使磁軸承結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、體積較大和成本較高，大大制約了由磁軸承支承的高速電機(jī)的使用范圍和廣泛應(yīng)用。圖11 磁軸承支撐的電機(jī)結(jié)構(gòu)圖所謂無軸承電機(jī)（Bearingless Motor or Self-bearing Motor

6、），并不是說不需要軸承來支承，而是不需單獨(dú)設(shè)計或使用專門的機(jī)械軸承、氣浮或液浮軸承。由于磁軸承結(jié)構(gòu)與交流電機(jī)定子結(jié)構(gòu)的相似性，把磁軸承中產(chǎn)生徑向懸浮力的繞組疊加到電機(jī)的定子繞組上，構(gòu)成無軸承電機(jī)（二自由度見圖 1-2 ) ，保證電機(jī)定子等效繞組產(chǎn)生的磁場極對數(shù)與徑向懸浮力繞組產(chǎn)生磁場極對數(shù)的關(guān)系為: =，懸浮力繞組產(chǎn)生的磁場和電機(jī)定子繞組（或永磁體）產(chǎn)生的磁場合成一個整體，通過探索驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)力和徑向懸浮力耦合情況以及解耦方法，獨(dú)立控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無軸承化。圖1-2 無軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖無軸承電機(jī)一方面保持磁軸承支承的電機(jī)系統(tǒng)壽命長、無須潤滑、無機(jī)械摩擦和磨損

7、等優(yōu)點(diǎn)外，還有望突破更高轉(zhuǎn)速和大功率的限制，拓寬了高速電機(jī)的使用范圍，與磁軸承支撐的高速電機(jī)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)： 徑向懸浮力繞組疊加到電機(jī)的定子繞組上，不占用額外的軸向空間。一方面，電機(jī)軸向長度可以設(shè)計得較短，臨界轉(zhuǎn)速可以較高，電機(jī)轉(zhuǎn)速僅受材料強(qiáng)度的限制，這樣無軸承電機(jī)大大拓寬了高速電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在體積小、轉(zhuǎn)速高和壽命長的應(yīng)用領(lǐng)域，如要求無粉塵、無潤滑、小體積環(huán)境工作的計算機(jī)硬盤驅(qū)動器、微型高速機(jī)床等；另一方面，在同樣長度的電機(jī)轉(zhuǎn)軸情況下，輸出功率將比磁軸承支承的電機(jī)有大幅度提高。 結(jié)構(gòu)更趨簡單，維修更為方便，特別是電能消耗減少。傳統(tǒng)的磁軸承需要靜態(tài)偏置電流產(chǎn)生電磁力來維持轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，

8、而無軸承電機(jī)不再需要。徑向懸浮力的產(chǎn)生是基于電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的磁場，徑向懸浮力控制系統(tǒng)的功耗只有電機(jī)功耗的2%，5%，這些優(yōu)點(diǎn)特別適用于航空航天等高科技領(lǐng)域。基于無軸承電機(jī)高品質(zhì)的性能，廣闊的應(yīng)用前景，對提高機(jī)械工業(yè)制造裝備的水平，特別是提高航空航天器工作性能無疑具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)意義，其研究工作越來越受到國內(nèi)外科技工作者的高度重視。2、無軸承電機(jī)的研究現(xiàn)狀（1）無軸承電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r將磁軸承繞組和電機(jī)定子繞組疊加在一起，實(shí)現(xiàn)電機(jī)和軸承一體化，這個概念最初是由瑞士 R.Bosch 于 20世紀(jì) 80 年代末提出來的，在瑞士的 J.Bichsel 實(shí)現(xiàn)了同步電機(jī)的無軸承技術(shù)之后，無軸承電機(jī)的研究引起了

9、重視。目前瑞士、日本和美國等國家都大力支持開展這項(xiàng)高新技術(shù)的研究工作。日本 T.Ohishi 等人對無軸承永磁電機(jī)（ Internal Permanet Magne ）進(jìn)行了研究，其優(yōu)點(diǎn)是能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的懸浮力并易于控制，實(shí)驗(yàn)樣機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速為 2200rpm ；瑞士的 R . Schob 和N.Barletta 等人對無軸承的片狀 ( Slice ）電機(jī)進(jìn)行了研究，設(shè)計出的電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，采用光電傳感器測量轉(zhuǎn)子的位移，數(shù)字控制器采用的是主頻為 80MHz 的 TMS320C50 作為 CPU 單元，采用開關(guān)功率放大器驅(qū)動，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到 4200Orpm .目前正在研究轉(zhuǎn)速為 80000 rpm 無軸

10、承片狀電機(jī)。我國已經(jīng)開始重視研究無軸承電機(jī)， 1999 年國家自然科學(xué)基金資助了無軸承電機(jī)的研究工作，南京航空航天大學(xué)、江蘇理工大學(xué)和沈陽工業(yè)大學(xué)得到了支持并正在開展無軸承交流電機(jī)、無軸承片狀電機(jī)等的研究。還有一些單位得到了省市有關(guān)部門基金的支持，也正在研究和探索這項(xiàng)高新技術(shù)。目前國內(nèi)已發(fā)表了多篇綜述及理論仿真研究的文章，對無軸承電機(jī)的研究成果還未進(jìn)行公開報道。（2）無軸承電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀就無軸承交流電機(jī)研究現(xiàn)狀來看，目前僅停留在理論和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)階段，離實(shí)用化還有一定的距離，但就研究初期成果所體現(xiàn)出來的優(yōu)越性足以確信其潛在的使用價值。無軸承電機(jī)的控制系統(tǒng)是其核心關(guān)鍵技術(shù)，決定無軸承電機(jī)能

11、否穩(wěn)定可靠工作，目前制約其實(shí)用化的重要原因是控制問題。無軸承電機(jī)控制的困難在于該系統(tǒng)具有復(fù)雜的非線性強(qiáng)耦合特性，主要表現(xiàn)在 無軸承電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力之間存在藕合。如果不采取有效地解耦措施，無軸承電機(jī)不可能穩(wěn)定運(yùn)行，因此電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力之間解耦控制是無軸承電機(jī)的基本要求； 無軸承電機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計必須考慮因磁飽和和溫度變化等因素所引起的電機(jī)參數(shù)的變化。設(shè)計有效而實(shí)用的電機(jī)參數(shù)變化的控制系統(tǒng)，這也是一個難點(diǎn)。國外在這些方面研究中較具有代表性的方法，一種是針對無軸承異步電機(jī)和同步電機(jī)提出了一個近似線性化的基于矢量變換的控制算法來實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力之間的解耦控制，但這種算法構(gòu)造比較

12、復(fù)雜，需要對多個磁鏈?zhǔn)噶窟M(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)比較困難。另一種方法分析無軸承異步電機(jī)在負(fù)載條件下徑向懸浮力和電磁轉(zhuǎn)矩耦合的關(guān)系，提出了對電機(jī)電流的幅值和相角進(jìn)行補(bǔ)償來保持旋轉(zhuǎn)磁場的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動和幅值恒定，實(shí)現(xiàn)兩者之間的解耦，試驗(yàn)表明提出的補(bǔ)償措施能實(shí)現(xiàn)負(fù)載條件下電機(jī)的穩(wěn)定工作，并依此針對異步電機(jī)提出個間接矢量控制方法。但目前提出的各種方法從解耦角度看，僅僅實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力控制之間的靜態(tài)解耦，還未實(shí)現(xiàn)完全的動態(tài)解耦，要確保無軸承電機(jī)在過渡階段的穩(wěn)定運(yùn)行，只有實(shí)現(xiàn)兩者之間的動態(tài)解耦才是根本的保證。另外文獻(xiàn)提出的控制方法沒有考慮電機(jī)參數(shù)的變化來設(shè)計控制算法，因此，考慮電機(jī)參數(shù)的非線性變化、磁路飽

13、和對電機(jī)控制性能的影響，研究滿足電機(jī)動態(tài)性能要求的控制器、實(shí)現(xiàn)無軸承電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力控制之間的動態(tài)解耦，是無軸承交流電機(jī)的研究重要課題之一。（3）無軸承電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀無軸承電機(jī)，一方面具有磁懸浮軸承的優(yōu)點(diǎn)，如無接觸、無需潤滑及無磨損等，可以用于真空技術(shù)、無菌車間、腐蝕性介質(zhì)或非常純凈介質(zhì)的傳輸；另一方面電機(jī)轉(zhuǎn)速可以做得很高、功率也可以很大，特別適用于高速或超高速數(shù)控機(jī)床、渦輪分子泵、離心泵、壓縮機(jī)、飛輪儲能裝置及小型發(fā)電設(shè)備等工業(yè)領(lǐng)域，特別是無軸承電機(jī)比其他同功率的電機(jī)及支撐裝置，體積小、重量輕、能耗小，對于提高航空骯天器的工作性能具有重要意義。無軸承電機(jī)作為一種新型結(jié)構(gòu)的電動機(jī)，發(fā)

14、展才經(jīng)歷 10 多年時間，研究水平還遠(yuǎn)未達(dá)到系統(tǒng)完善的地步，但是，其研究的進(jìn)程是飛速的，國外已紛紛研制出無軸承感應(yīng)電機(jī)、無軸承片狀電機(jī)、無軸承同步磁阻電機(jī)、無軸承永磁同步電機(jī)等實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。無軸承感應(yīng)電機(jī)已用于密封泵（ Canned Pump ）、計算機(jī)硬盤驅(qū)動裝置；無軸承片狀電機(jī)已用于人工心臟泵中，初步顯示了無軸承電機(jī)對國民經(jīng)濟(jì)和人民生活質(zhì)量提高等方面所起的作用，相信無軸承電機(jī)的研究成果用于機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人及航空航天等領(lǐng)域會對國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的影響。第二章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計2.1 引言本課題主要研究的無軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)和電機(jī)結(jié)構(gòu)有較大的相似之處，只是在普通電機(jī)中加入一個本文側(cè)重研究的永磁偏置徑向軸向

15、磁軸承而已。接合具體的情況，在實(shí)際設(shè)計過程中許多尺寸的確定是借鑒和參考電機(jī)設(shè)計而得出，在設(shè)計過程中要注意綜合考慮以下一些情況：（1）磁軸承的定、轉(zhuǎn)子一般是由硅鋼片疊加成的，每片硅鋼片的厚度取決于磁軸承的幾何尺寸，磁軸承的尺寸越小硅鋼片越薄。轉(zhuǎn)子直徑d只受慣性離心力作用下材料強(qiáng)度的限制。而在材料力學(xué)中，材料的強(qiáng)度和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系可表示為：，其中表示材料的密度，硅鋼片的密度為，表示材料的強(qiáng)度，查閱資料可知，硅鋼片的強(qiáng)度為，從而可以確定轉(zhuǎn)子的最大直徑。（2）在永磁偏置徑向軸向磁軸承中的永磁體是一個磁環(huán)。為了滿足機(jī)械加工要求，考慮到永磁體的外形、結(jié)構(gòu)以及材料特性，在設(shè)計其尺寸時，需要限制其徑向厚度不能

16、小于0.002m。（3）由于轉(zhuǎn)子硅鋼片是通過機(jī)械加工后，然后通過緊配合裝配固定在轉(zhuǎn)軸上的，因此，在高速旋轉(zhuǎn)的情況下，轉(zhuǎn)子軸肩處的剪切應(yīng)力是最集中的地方，必須考慮轉(zhuǎn)子軸肩處材料的剪切強(qiáng)度是否能夠達(dá)到要求，因此要限制轉(zhuǎn)軸的最小直徑。（4）為了盡量減小漏磁，所以在永磁體與定子疊片的接觸面上，永磁體的貼合面要小于等于定子疊片的外圓柱面，以緊貼合于定子疊片外徑。（5）在設(shè)計過程中，要注意控制線圈在外殼中的體積約束。徑向控制線圈的截面積要小于定子槽面積。軸向控制線圈的截面積要綜合徑向控制線圈截面積和外殼的內(nèi)腔面積來綜合考慮，要使徑向線圈和軸向線圈相互間不接觸，也要考慮到徑向、軸向磁路的走向盡可能的減少重疊

17、，還要考慮到外殼的軸向長度盡可能的短，以減少整個磁軸承部分的長度、體積。2.2 無軸承電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計無軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與普通軸承電機(jī)的設(shè)計既有相同，又有不同之處。普通軸承電機(jī)的設(shè)計包括轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)布置，軸徑估算，跨距和懸伸量的確定，靜態(tài)和動態(tài)特性計算，外殼的結(jié)構(gòu)和尺寸的確定，潤滑油路及冷卻通道的設(shè)計等。在設(shè)計無軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)時，除了潤滑油路，其他的都要考慮，另外還要單獨(dú)設(shè)計普通電機(jī)所沒有的永磁偏置徑向軸向磁軸承的具體結(jié)構(gòu)，如永磁鐵和電磁鐵的結(jié)構(gòu)和線圈參數(shù)的設(shè)計。設(shè)計出來的永磁偏置徑向軸向磁軸承與電機(jī)相配合即為無軸承電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)。1、轉(zhuǎn)軸部件主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計（1）轉(zhuǎn)子直徑d和磁場寬度b的確定

18、本課題轉(zhuǎn)子直徑d的范圍由設(shè)計要求給出，在結(jié)構(gòu)允許的前提下，為提高其承載能力、改善其動態(tài)特性，盡可能增加轉(zhuǎn)子直徑，所以我們?nèi)〗o出范圍的上限，即d=40mm。磁場寬度是指磁軸承電磁鐵的軸向尺寸，為減小電機(jī)的軸向尺寸，磁場寬度取小值，大約為軸承轉(zhuǎn)子的2/3。（2）懸伸量和跨距的確定一般主軸設(shè)計時，其剛度主要由主軸本身的剛度和軸承的剛度兩方面決定，懸伸量與跨距有一個最佳比值。然而，由于磁軸承主軸部件的設(shè)計對其控制系統(tǒng)有影響，因此在主軸設(shè)計時，不僅要考慮的最佳值，而且要考慮給控制系統(tǒng)帶來的影響。本次設(shè)計的磁懸浮電動機(jī)為臥式結(jié)構(gòu)，主軸直徑小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取主軸全長為。（3）磁軸承轉(zhuǎn)子的軸向尺寸的確定徑向磁軸

19、承限制了轉(zhuǎn)軸的四個自由度及提供徑向的支撐剛度，但由于徑向磁軸承對轉(zhuǎn)軸有自動定位的作用，使得轉(zhuǎn)軸在軸向也受到一定的對中力。為避免這一對中力與軸向磁軸承對轉(zhuǎn)軸的對中控制發(fā)生耦合，設(shè)計時可以考慮使磁軸承轉(zhuǎn)子軸向尺寸略大于其定子的軸向尺寸。2、主軸上零件的布置傳感器對永磁偏置磁軸承控制系統(tǒng)的性能有很大的影響，在系統(tǒng)中，主軸的回轉(zhuǎn)精度和軸向位置精度由傳感器本身精度、位置及基準(zhǔn)環(huán)的精度決定的。因此對傳感器的布置應(yīng)特別注意。一般來說，徑向傳感器安裝在徑向磁軸承的旁邊，但應(yīng)注意，基準(zhǔn)環(huán)不應(yīng)選在轉(zhuǎn)軸主振動節(jié)點(diǎn)處。從理論上講，軸向傳感器安裝時，其基準(zhǔn)環(huán)可以安裝在轉(zhuǎn)軸的任何位置，但實(shí)際上受到轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)的限制。為便于安

20、裝、測量，可安裝在轉(zhuǎn)軸的后端。2.3無軸承電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計無軸承電機(jī)的基本組成如圖4-1 所示，它主要由永磁鐵、電磁軸承轉(zhuǎn)子及其定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子及其定子、轉(zhuǎn)軸、傳感器及其支架、輔助軸承、端蓋、缸筒等組成。該電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)有：（1）電機(jī)軸向以電機(jī)定子為定位基準(zhǔn)，以軸肩、軸套、電磁軸承本身定位，徑向直接以內(nèi)缸筒內(nèi)經(jīng)定位，定位簡單方便。（2）設(shè)計電機(jī)的零部件形狀簡單，無須設(shè)計專用夾具，故加工方便，節(jié)約經(jīng)費(fèi)。（3）多采用標(biāo)準(zhǔn)件，不但節(jié)省設(shè)計時間，而且縮短生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率。（4）除電機(jī)轉(zhuǎn)子及磁軸承轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸的配合采用過渡配合外，其余不是間隙配合就是無須配合，故而大多零件無須進(jìn)行精加工，大大

21、減少加工工序。（5）轉(zhuǎn)子與定子均采用疊片結(jié)構(gòu)，材料為軟磁材料，從而渦流損耗小。（6）軸向、徑向線圈處于同一結(jié)構(gòu)內(nèi)，可以進(jìn)行自我解耦。（7）由于所設(shè)計的磁軸承系統(tǒng)采用裝入式電機(jī)，即將電機(jī)的轉(zhuǎn)子與軸承的轉(zhuǎn)子固定在一個主軸上，所以，減免了驅(qū)動環(huán)節(jié)。（8）為防止突然斷電或磁軸承失控時，轉(zhuǎn)子和電機(jī)及磁軸承的定子相碰，損壞轉(zhuǎn)子，設(shè)計了一對深溝球軸承作為保護(hù)裝置。（9）多采用螺栓、螺釘和緊定套環(huán)固定，易于裝卸。（10）通過在一個方向上布置四個傳感器，并接成差動結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步提高了測量精度。2.4 無軸承電機(jī)主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計1、無軸承電機(jī)磁懸浮軸承總體結(jié)構(gòu)設(shè)計磁懸浮軸承的選擇磁懸浮軸承種類很多，按受控自

22、由度可分為一軸、二軸直至五軸；按利用的磁場力的類型可分為吸力型及斥力型。但目前，磁軸承一般分為主動磁軸承（Active Magnetic Bearing，簡稱AMB）、被動磁軸承（Passive Magnetic Bearing，簡稱PMB）和混合磁軸承（Hybrid Magnetic Bearing，簡稱HMB）三類。其中AMB利用電磁鐵產(chǎn)生可控的電磁力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸?。籔MB完全利用不可控的永磁體或超導(dǎo)材料產(chǎn)生磁力；HMB則由電磁鐵和永磁體共同產(chǎn)生磁力。由于第三類磁軸承本身的研究在國內(nèi)、外倍受重視。而且這種新型磁軸承和以往的磁軸承相比，在結(jié)構(gòu)上能夠大大地減小尺寸、體積，在系統(tǒng)上可以減少系統(tǒng)

23、的重量、功耗，同時這種磁軸承還具有自身能夠?qū)崿F(xiàn)徑向、軸向磁場解耦的優(yōu)點(diǎn)，完全符合無軸承電機(jī)盡量減小軸向尺寸、減少系統(tǒng)的重量、功耗等要求。所以本課題擬采用此類軸承。分析現(xiàn)今此類軸承的發(fā)展?fàn)顩r，采用新型的三自由度永磁偏置徑向軸向磁軸承。2、永磁偏置徑向軸向磁軸承的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計永磁偏置徑向軸向磁軸承與普通磁懸浮軸承大體相一致，只是多加了一個永磁體來提供偏置磁場，根據(jù)一般磁軸承結(jié)構(gòu)，結(jié)合永磁偏置徑向軸向磁軸承的工作原理，設(shè)計其總體結(jié)構(gòu)如下圖2-1 所示1. 軸向定子 2. 徑向控制線圈 3. 永磁體 4. 軸向控制線圈5. 轉(zhuǎn)子硅鋼片 6. 轉(zhuǎn)軸 7. 徑向定子 8. 定位鋁圈圖2-1 永磁偏置徑向軸

24、向磁軸承總體結(jié)構(gòu)示意圖該磁懸浮軸承在結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)有：（1） 軸向定子由三個零件組裝而成，比整體結(jié)構(gòu)而言，雖然在連接處存在漏磁現(xiàn)象，但是加工方便，經(jīng)濟(jì)效益好，而且比整體結(jié)構(gòu)裝配方便。（2） 轉(zhuǎn)子硅鋼片直接以軸肩定位，無須設(shè)計定位軸套。（3） 徑向控制線圈繞在徑向定子的齒槽內(nèi)，而軸向線圈則直接繞在軸向定子設(shè)計出來的凸臺上，繞線簡單可行。（4） 軸向定子用螺釘連接，裝卸方便。（5） 各零件徑向皆以彼此的內(nèi)外徑定位，而軸向則增加了兩個鋁圈，尺寸大小一致，一來可以保證永磁體和徑向定子定位在整個磁軸承的正中，同時鋁不導(dǎo)磁，故不存在擾磁、漏磁及耗磁問題。（6） 軸向定子設(shè)計成臺階狀，便于與磁軸承外圓定位

25、及裝配。（7） 整體結(jié)構(gòu)軸向尺寸小，從而縮短了電機(jī)主軸的跨距，增大電機(jī)的扭矩及輸出功率。2.5 無軸承電機(jī)的主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計1、電磁軸承的定子與轉(zhuǎn)子定子是電磁軸承最關(guān)鍵的部件之一，它主要由定子鐵芯、定子繞組等組成的八極結(jié)構(gòu)，如圖2-2 所示。圖2-2電磁軸承定子結(jié)構(gòu)簡圖定子鐵芯由導(dǎo)磁性能好的軟磁材料 （如硅鋼）薄片制成，轉(zhuǎn)子是定子的銜鐵，故必須采用導(dǎo)磁性能好的軟磁材料（硅鋼）薄片粘疊而成。此類零件早有先例，結(jié)合磁懸浮軸承的具體參數(shù)，參照電機(jī)定子結(jié)構(gòu)設(shè)計即可。考慮到電機(jī)尺寸較小，采用八極結(jié)構(gòu)即可。齒槽結(jié)構(gòu)很多，采用上述結(jié)構(gòu)，主要是考慮其齒槽較大，方便傳感器的傳輸線從其中穿過，無須專門設(shè)計線路通道

26、，同時也減少加工工序。2、傳感器支架及其基準(zhǔn)環(huán)傳感器支架用于支撐位移傳感器探頭，無論是水平方向還是垂直方向，都采用兩個傳感器差動檢測轉(zhuǎn)子位移，因此，在同一個方向上安置的螺孔必須是同軸共線的，水平和垂直方向的軸線必須滿足一定的垂直度要求。其結(jié)構(gòu)如圖2-3 所示。圖2-3 傳感器支架傳感器支架的四個方向不但開了傳感器支撐孔，而且挖空一塊，一來減輕電機(jī)重量，更主要的還是方便線路通暢，同時還是冷卻空氣內(nèi)外交替的主要途徑。另外，如此結(jié)構(gòu)也方便傳感器支撐孔的加工。在圓柱表面進(jìn)行加工孔加工，保證其形位公差。況且這四個孔需要一定的同軸度與垂直度要求。圖2-4 基準(zhǔn)環(huán)轉(zhuǎn)子的位移信號是通過傳感器基準(zhǔn)環(huán)傳遞給傳感器

27、的，故對傳感器基準(zhǔn)環(huán)的要求主要是表面質(zhì)量，以及與轉(zhuǎn)子是同軸同心問題，加工要求較高。其結(jié)構(gòu)如圖2-4 所示?；鶞?zhǔn)環(huán)只是傳遞旋轉(zhuǎn)信息，故結(jié)構(gòu)不須太過復(fù)雜，但加工要求很高。首先要控制其同軸度在78級之內(nèi)，一般采用精鏜加工。其次其外圓表面加工精度要達(dá)到IT6IT7,表面粗糙度要求0.80.2，一般采用精細(xì)車或者磨削加工。3、缸筒缸筒用于支撐電磁軸承機(jī)械系統(tǒng)及驅(qū)動轉(zhuǎn)子的電動機(jī)等，因此要求具有良好的散熱結(jié)構(gòu)能力，本文采用空冷，具體結(jié)構(gòu)如圖2-5 。外缸筒旨在使裝入的電機(jī)與端蓋連接為一個整體，故結(jié)構(gòu)越簡單越好。本文采用了最簡單的圓筒型，為了安裝吊環(huán)，特作了一個吊環(huán)凸臺。這種結(jié)構(gòu)的加工主要在其左右端面以及內(nèi)圓

28、面。首先，內(nèi)圓面與內(nèi)缸筒配合，而內(nèi)缸筒直接與磁軸承定子配合，故需保證其平行度和同軸度，一般其平行度誤差為0.16，同軸度為8級。其次，其兩端面同上述端蓋的端面要求，即端面徑向跳動8級。而其端面的螺紋孔則要求位置度誤差。具體見零件圖。（A）外缸筒內(nèi)缸筒主要起裝配電機(jī)定子、磁軸承定子、傳感器支架以及定位軸套和為電機(jī)散熱的作用。最簡單的圓筒即可。其上的冷卻結(jié)構(gòu)很多，有在外表面開螺旋槽水冷和在內(nèi)表面開空冷槽等多種方式。本文采用最簡單的在內(nèi)部開通槽的結(jié)構(gòu)?？绽洳叟c前后端蓋上的通氣孔相連，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外空氣交替轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的的空氣冷卻。這種結(jié)構(gòu)比在外表面開螺旋槽的結(jié)構(gòu)加工簡單，經(jīng)濟(jì)效益高。但是，只適用于電

29、機(jī)在低轉(zhuǎn)速的情況下。在電機(jī)超高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，空冷是達(dá)不到冷卻效果的，只能使用水冷卻。其加工要求與外缸筒相同。（B）內(nèi)缸筒圖2-5 (A) 外缸筒 （B）內(nèi)缸筒4、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸承當(dāng)著電磁軸承轉(zhuǎn)子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、基準(zhǔn)環(huán)等零件的裝配，以及傳遞電機(jī)扭矩等功能，所以不但要求結(jié)構(gòu)合理，而且需要加工到所需要的精度。結(jié)構(gòu)如圖2-6 所示。圖2-6第三章 磁懸浮軸承的工作原理3.1 引言磁軸承按照磁力的提供方式可分為主動磁軸承、被動磁軸承和混合磁軸承，其中混合磁軸承一般采用永磁材料替代主動磁軸承中的電磁鐵來產(chǎn)生偏置磁場，可以降低功率放大器的功耗，縮小磁軸承的體積，因此研究永磁偏置磁軸承是磁軸承研究領(lǐng)域的一個重要研究方

30、向。目前國際上典型的五自由度磁軸承系統(tǒng)一般采用兩個徑向磁軸承和一個軸向磁軸承來分別控制徑向、軸向的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子五自由度的穩(wěn)定懸浮，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-1（A），這三個磁軸承在軸向占據(jù)了相當(dāng)大的空間，限制了高速電機(jī)轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步的提高，因此研究結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、功耗低的磁軸承及磁軸承集成技術(shù)是磁軸承的研究領(lǐng)域的一個重要研究方向。本文研究無軸承電機(jī)的一種新穎的永磁偏置徑向軸向磁軸承，該磁軸承將軸向和徑向磁軸承的功能集于一體，這樣一來，五自由度磁軸承系統(tǒng)中的磁軸承從三個減為兩個，去掉了一個獨(dú)立的軸向磁軸承，使整個系統(tǒng)得以簡化，減小了系統(tǒng)體積和軸向長度，從而可以提高轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、同時降低了磁軸承的功耗

31、，采用永磁偏置徑向軸向磁軸承和無軸承電機(jī)的新型五自由度磁軸承系統(tǒng)如圖3-1（B）。從圖中可見新的設(shè)計大大縮短了轉(zhuǎn)子軸向長度，使得整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡化。更為重要的是，這種新型結(jié)構(gòu)的徑向軸向磁軸承還具有固有的徑向、軸向磁場解耦功能，在此基礎(chǔ)之上就可以應(yīng)用獨(dú)立控制方法來實(shí)現(xiàn)磁軸承系統(tǒng)各自由度的懸浮控制，再通過系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)整個轉(zhuǎn)子的整體懸浮。（A）傳統(tǒng)磁軸承系統(tǒng)（B）新型五自由度磁軸承圖3-1 兩種磁軸承系統(tǒng)的比較3.2 磁軸承的組成一個完整的電磁軸承系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)、偏磁回路、控制回路三個部分組成，各部分可有多種不同的結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用情況和精度要求等設(shè)計。1、磁軸承的機(jī)械系統(tǒng)磁軸承的機(jī)械系統(tǒng)是由

32、磁軸承系統(tǒng)的軸承主體（即控制對象）主要包括定子組件、轉(zhuǎn)子組件、保護(hù)軸承及其他輔助零部件組成。其結(jié)構(gòu)形式主要取決于定子組件的電磁鐵和永磁體的形式。主要有：軸向電磁軸承、徑向電磁軸承、徑向推力電磁軸承。這里采用混合徑向軸向電磁軸承于一體的永磁偏置徑向軸向磁軸承。采用如此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于： 兩個磁軸承合為一個，結(jié)構(gòu)更緊湊，軸向利用率和軸承剛度顯著提高，可突破大功率和超高轉(zhuǎn)速限制，并可實(shí)現(xiàn)微型化： 磁軸承軸向長度大幅度縮短，磁軸承和無軸承電機(jī)之間的耦合程度也大為降低，便于實(shí)現(xiàn)五自由度懸浮； 用于控制懸浮的功率電路大為減少，簡化了控制系統(tǒng)； 混合磁軸承獨(dú)特的磁路結(jié)構(gòu)使其具有軸向徑向自我解耦的功能，其控制方

33、法與傳統(tǒng)磁軸承電機(jī)類似。2、磁軸承的偏磁回路在永磁偏置的電磁軸承中，偏置磁場是由永磁體提供的，而電磁鐵提供控制磁場，產(chǎn)生控制磁場的電流可由恒流源提供。如此的偏置回路可以減低功率放大器的功耗及減少電磁鐵的安匝數(shù)，縮小電磁軸承的體積，提高承載能力。3、磁軸承的控制回路控制回路是電磁軸承系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，其性能與系統(tǒng)的穩(wěn)定性及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都有密切關(guān)系。它由控制器、功率放大器和位移傳感器等組成。3.1 控制器控制器的電路部分可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。采用模擬電路的好處是響應(yīng)快、性能好且穩(wěn)定、成本較低；而采用數(shù)字電路的優(yōu)勢在于易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律、易于修改，但存在時間延遲較大的缺點(diǎn)。目前，廣泛采

34、用的控制器是經(jīng)典PID（比例積分微分）電路，也可以采用精確的數(shù)字控制。設(shè)計的主要內(nèi)容是確定其電路參數(shù)的選擇范圍，以保證控制的穩(wěn)定性。3.2 功率放大器功率放大器是電磁軸承系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，它與采用的控制直接有關(guān)，同時也影響調(diào)節(jié)參數(shù)的選取范圍。功率放大器的輸入為控制電壓，輸出可以是電壓或電流。在電磁軸承系統(tǒng)中功率放大器的作用是向電磁鐵提供產(chǎn)生電磁力所需的電流。常見的功率放大器有兩種形式：即電壓電壓型功率放大器和電壓電流功率放大器。從傳遞函數(shù)來看，前者的傳遞函數(shù)是一個無量綱量，而后者具有量綱。從輸出量的性質(zhì)來看，前者的輸出為電壓而后者為電流。在電磁軸承系統(tǒng)中，若采用電壓電壓型功率放大器，我們稱之

35、為電壓控制策略；若采用電壓電流功率放大器，則稱之為電流控制策略。雖然，目前常見的功率放大器多為電壓電壓功率放大器，但在電磁軸承系統(tǒng)中采用的往往是電壓電流功率放大器。功率放大器的輸出與電磁鐵線圈相聯(lián)后，直接控制的是線圈上的電流。3.3 傳感器傳感器是電磁軸承系統(tǒng)的核心部件之一，它的性能對系統(tǒng)的控制精度起決定作用。其反饋信號可以是多種多樣的，位移、速度、電流、電磁力、磁通量等都可以作為反饋控制信號。目前，多采用位移傳感器，軸向推力電磁軸承也可以采用速度傳感器。由于電磁鐵線圈電感的影響使電流產(chǎn)生滯后，勢必影響到系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，因而，選擇的傳感器應(yīng)能消除上述因素的影響。具體地說，電磁軸承系統(tǒng)對位移

36、傳感器的第一個要求是非接觸式的，進(jìn)一步說，這種傳感器必須能夠測量旋轉(zhuǎn)表面，所以轉(zhuǎn)子的幾何形狀、表面質(zhì)量等都將影響測量結(jié)果。從理論上看，利用電容、電感、霍爾效應(yīng)、磁阻抗等均可實(shí)現(xiàn)此目的。電磁軸承對傳感器的要求還有：能真實(shí)反映出轉(zhuǎn)子中心的位移變化；具有很高的靈敏度、信噪比、線性度、溫度穩(wěn)定性、抗干擾能力及精度的重復(fù)性，同時還要求有一定的頻率范圍。3.3 磁軸承的基本工作原理永磁偏置的電磁軸承結(jié)構(gòu)原理見圖1所示。轉(zhuǎn)子在永久磁鐵產(chǎn)生的靜磁場吸力作用下處于懸浮的平衡位置(中間位置) , 這個位置也稱為參考位置。由于結(jié)構(gòu)的對稱性, 永久磁鐵產(chǎn)生的永磁磁通在轉(zhuǎn)子上方氣隙1-1 處和轉(zhuǎn)子下方氣隙2-2 處是相

37、等的。此時若不計重力則兩氣隙處對轉(zhuǎn)子的吸力相等, 即F1=F2。假設(shè)在參考位置上轉(zhuǎn)子受到一個向下的外擾, 轉(zhuǎn)子就會偏離其參考位置向下運(yùn)動, 由于轉(zhuǎn)子上下氣隙的間隙變化, 使得其磁通變化。即: 上間隙增大, 磁通減少; 下間隙減小, 磁通增加。由于, 故由磁場吸力與磁通的關(guān)系可得轉(zhuǎn)子受到的吸力變?yōu)镕1<F2。此時傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離其參考位置的位移, 控制器將這一位移信號變換成控制信號, 功率放大器又將該控制信號變換成控制電流i, 該電流流經(jīng)電磁鐵線圈繞組使鐵芯內(nèi)產(chǎn)生一電磁磁通,該磁通在轉(zhuǎn)子上方氣隙1-1 處與永磁磁通疊加時, 由于永磁磁通與電磁磁通流向相同, 故使氣隙1-1 處的總磁通增

38、加, 由原來的變?yōu)?；磁通在轉(zhuǎn)子下方氣隙2-2 處與永磁磁通疊加時, 由于永磁磁通與電磁通流向相反, 故使氣隙2-2 處的總磁通減少, 由原來的變?yōu)?。?dāng) ()/2 時, 兩氣隙處產(chǎn)生的吸力又變?yōu)镕1F2使得轉(zhuǎn)子重新返回到原來的平衡位置。同理, 轉(zhuǎn)子受其它方向干擾也始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。1、永磁偏置徑向軸向磁軸承的基本結(jié)構(gòu)和工作原理永磁偏置徑向-軸向磁軸承基本結(jié)構(gòu)見圖3-2，由軸向定子、軸向控制線圈、徑向定子、徑向控制線圈、環(huán)型永久磁鐵等構(gòu)成。工作時軸向兩個線圈、徑向分1.軸向定子；2.軸向控制線圈；3.軸向磁軸承氣隙；4.徑向磁軸承氣隙5.轉(zhuǎn)子疊片；6.徑向控制線圈；7.徑向磁軸承定子；8.

39、環(huán)型永久磁體圖3-2 永磁偏置徑向軸向磁軸承結(jié)構(gòu)示意圖別對置的兩個線圈串聯(lián)作為相關(guān)自由度的控制線圈。定子鐵芯采用硅鋼片疊壓而成，永久磁鐵采用稀土材料釹鐵硼制成。當(dāng)徑向-軸向都穩(wěn)定懸浮時，轉(zhuǎn)子在永久磁鐵產(chǎn)生的靜磁場吸力下處于懸浮的中間位置，徑向和軸向單邊的氣隙都為0.5mm。由于結(jié)構(gòu)的對稱性，永久磁鐵產(chǎn)生的磁通密度在轉(zhuǎn)子上下、左右和前后的氣隙處是相等的。這類磁軸承利用一個徑向充磁的環(huán)型永磁體來產(chǎn)生軸向和徑向氣隙的偏置磁場，采用單極性結(jié)構(gòu)使偏置磁場在徑向和軸向氣隙流出（入）轉(zhuǎn)子，消除了轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時徑向和軸向氣隙中的磁極性變化，減小了轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時的磁滯損耗。利用永磁體代替電磁鐵提供偏置磁通后具有如

40、下優(yōu)點(diǎn)： 線圈電流只需提供控制磁通，從而使電磁鐵安匝數(shù)顯著減小、磁軸承的銅耗大大降低； 在氣隙長度范圍內(nèi)，磁懸浮力的剛度系數(shù)更接近于常數(shù)； 每個自由度只需一個功率放大器，使系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)、成本降低。該磁軸承的整體設(shè)計緊湊，其功能單元（線圈、磁極鐵心、永磁環(huán)體）幾乎占據(jù)了磁軸承大部分體積，空間利用率非常高。在控制線圈沒有通電的情況下，轉(zhuǎn)子處于平衡位置時，環(huán)型永磁體在軸向氣隙處產(chǎn)生的偏置磁通相等，同時在四個徑向氣隙處也產(chǎn)生相等的偏置磁通，這樣使轉(zhuǎn)子受到的軸向和徑向的磁阻力合力為零。當(dāng)轉(zhuǎn)子偏離平衡位置時，永磁偏置磁場對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁阻力并不能使轉(zhuǎn)子回到平衡位置，因此需要一個主動的閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)去控制

41、軸向控制線圈和徑向控制線圈的電流，產(chǎn)生控制磁通和偏置磁通疊加，使其在轉(zhuǎn)子的一個方向的磁通增強(qiáng)，在另一個方向的磁通減少，因此在上、下（Y）方向上產(chǎn)生的力的大小不一樣，轉(zhuǎn)子在上、下磁阻力的作用下回到平衡位置。圖3-3 是軸向磁軸承的磁路圖，圖中 是永久磁鐵產(chǎn)生的靜態(tài)偏置磁通， 是軸向控制線圈中電流產(chǎn)生的控制磁通，氣隙磁通由這兩部分磁通合成。圖3-5 是徑向磁軸承的磁路圖，圖中標(biāo)明了x 方向磁通的路徑， 是永久磁鐵產(chǎn)生的靜態(tài)偏置磁通， 是X 方向的控制磁通，用同樣的方法可以標(biāo)明y 方向磁通的路徑。圖3-3 軸向磁軸承的磁路圖 圖3-4 徑向磁軸承的磁路圖徑向和軸向混合磁軸承在3 個自由度上的工作原理

42、是一樣的。參考圖3-4，當(dāng)軸向穩(wěn)定懸浮時，磁軸承轉(zhuǎn)子在永久磁鐵產(chǎn)生的靜磁場吸力下處于懸浮的中間位置，也稱這個位置為參考位置。由于結(jié)構(gòu)的對稱性，永久磁鐵產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子右面的氣隙Z1 處和轉(zhuǎn)子左面的氣隙Z2 處是相等的，此時左右吸力相等。如果在此平衡位置時轉(zhuǎn)子受到一個向右的外擾力，轉(zhuǎn)子就會偏離參考位置向右運(yùn)動，造成永久磁鐵產(chǎn)生的左右氣隙的磁通變化（假設(shè)徑向在平衡位置），即左面的氣隙增大，使永磁體產(chǎn)生的磁通 減少，右面的氣隙減少，使永磁體產(chǎn)生的磁通 增加。根據(jù)磁場吸力與磁通的關(guān)系可得： (2-1) (2-2)式中Fz1、Fz2 分別為吸力盤左、右面受到的電磁吸力；z1、z2分別為左右氣隙處產(chǎn)生的合

43、成磁通； 為軸向磁極的面積；為空氣的磁導(dǎo)率。在未產(chǎn)生控制磁通 之前，由于<，故Fz2<Fz1。由于外擾力使轉(zhuǎn)子向右運(yùn)動，此時傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離其參考位置的位移量，控制器將這一位移信號轉(zhuǎn)變成控制信號，功率放大器又將此控制信號變換成控制電流i，這個電流流經(jīng)電磁鐵線圈繞組使鐵芯內(nèi)產(chǎn)生一電磁磁通，在轉(zhuǎn)子左面的Z2 處由勵磁磁通和永磁磁通的流向相同，與永磁磁通疊加，使氣隙Z2 處總的磁通增加，即z2=+；勵磁磁通在右面氣隙Z2 處，由于與永磁磁通 的流向相反，故在氣隙Z1處的總磁通減少為z1=-。根據(jù)吸力公式(2-1)和(2-2)，要滿足Fz2Fz1，使轉(zhuǎn)子回到參考位置的條件為： (2-3).如果轉(zhuǎn)子受到一個向左的外擾力，可以用類似的方法進(jìn)行分析，得到相反的結(jié)論。因此，不論轉(zhuǎn)子受到向右或向左的外擾動, 帶位置負(fù)反饋的永磁偏置軸向磁軸承系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)子通過控制器控制勵磁繞組中的電流，調(diào)節(jié)左右氣隙磁通的大小, 始終能保持轉(zhuǎn)子在平衡位置。第四章 結(jié)論為了減小磁軸承電機(jī)的軸向長度、提高臨界轉(zhuǎn)速、縮小系統(tǒng)體積和提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)磁軸承的集成化、小型化，本文針對無軸承電機(jī)的一種新型的永磁偏置徑向軸向磁軸承進(jìn)行了初步的研究，研究工作主要包括以下幾個方面：（1）結(jié)合磁軸承系