无轴承开关磁阻电机基本研究和电磁力研究
无轴承电机研究和应用前景
无轴承电机研究和应用前景一、无轴承电机起源及发展在费拉里斯和特斯拉发明多相交流系统后，19世纪80年代中期，多沃罗沃尔斯基发明了三相异步电机，异步电机无需电刷和换向器，但长期高速运行，轴承维护保养仍是难题。
二次世界大战后，直流磁轴承技术的发展，使得电机和传动系统无接触运行成为可能，但这种传动系统造价很高，因为铁磁性物体不可能在一个恒定磁场中稳定悬浮。
主动磁轴承的发明，解决了这个难题，但用主动磁轴承支承刚性转子要在5个自由度上施加控制力，磁轴承体积大、结构复杂和造价高。
20世纪后半期，为了满足核能开发和利用，需要用超高速离心分离方法生产浓缩铀，磁轴承能满足高速电机支撑要求，于是在欧洲开始了研究各种磁轴承计划。
1975年，赫尔曼申请了无轴承电机专利，专利中提出了电机绕组极对数和磁轴承绕组极对数的关系为±1。
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。
同时，随着双极晶体管的应用，以及和柏林格尔提出的无损开关电路结合，能够制造出满足无轴承电机要求的新一代高性能功率放大器。
大约在1985年，具有快速和负载能力的功率开关器件和数字信号处理器的出现，使得已经提出20多年的交流电机矢量控制技术才得以实际应用，这样解决了无轴承电机数字控制的难题。
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。
无轴承开关磁阻电机径向电磁力模型
M agnetic rad ia l force m odel of bear in gless sw itched reluctance m otors
YAN G Yan, D EN G Zhi2quan, CAO X in, YAN G Gang, WAN G X iao 2lin
第 13 卷 第 3期
2009 年 5 月
电 机 与 控 制 学 报 EL EC TR IC MA CH IN E S AND CON TROL
Vol113 No13 M ay 2009
无轴承开关磁阻电机径向电磁力模型
杨艳 , 邓智泉 , 曹鑫 , 杨钢 , 王晓琳
[ 2, 3 ]
2 无轴承开关磁阻电机磁悬浮机理
12 / 8 极结构的无轴承开关磁阻电机的绕组结
构和磁悬浮机理示意图如图 1 所示 , 图中忽略了漏 磁通 。电机定子上包含 2 套绕组 : 电枢绕组和悬浮 力控制绕组 , 2 套绕组相互作用来产生悬浮力 。电 枢绕组产生图中实线所示的四极磁通 , α方向的悬 浮力控制绕组产生图中虚线所示的两极磁通 , 从磁 通箭头方向可以看出 , 气隙 1 处的磁通增强 , 其相对 方向的气隙磁通减弱 , 因此产生向右的悬浮力 , 改变 悬浮力控制绕组的电流方向就可以产生相反方向的 悬浮力 。β方向的悬浮力类同可得 。那么任意方向 的悬浮力可由这 2 个正交的悬浮力的合力得到 。将 该磁悬浮机理推广到电机的其他两相 , 三相轮流导 通 , 就可以产生持续不断的悬浮力 。
F =
s
下 , 其任何一相都可以用图 3 所示的等效磁路表 [4 - 7 ] 示 。图中 N m 、 N s 分别为主绕组和悬浮绕组匝 β方向上两套悬浮 数 ; im 、 is1 、 is2分别为主绕组和 α 、 绕组的匝数 。本文考虑了定转子齿极的磁阻带来的 磁位降 , P1 ～ P4 分别代表一对定转子齿极及其之 间气隙的磁导之和 。假如仅主绕组通电流 , 悬浮绕 组不加电 , 此时电机相当于一个普通的开关磁阻电 机 , 即使出现磁饱和 , 四极磁通还是始终对称 , 因此 可以将一相中的各对齿极分开来单独进行分析 。但 当悬浮绕组和主绕组同时通电时 , 四极磁通将不再 是对称的 , 而是跟各个齿极的磁饱和情况密切相关 , 这就给分析问题带来了困难 。文献 [ 7 ]对这种情况 进行了较为详细的理论分析和有限元仿真分析 , 得 出结论为 :当悬浮绕组电流相对主绕组电流较小 , 磁 路的饱和主要由主绕组电流引起时 , 一个定子齿上 绕组的电流产生的总磁动势跟该对定转子齿极及其 间气隙的磁位降的总和基本相等 。实际上 , 为了满 足转矩及悬浮力的要求主绕组电流一般也是大于悬 浮绕组电流 , 因此图 3 中的各个支路就可以分开来 单独进行分析计算 。因此本文采用图 4 所示的单支 路等效磁路图 。图中 , Pm 为定转子极交叠部分气隙 和齿极的磁导总和 , Pf1 、 Pf2均为定转子极非交叠部 分气隙和齿极的磁导总和 。
无轴承开关磁阻电机磁饱和特性的电磁场分析
收稿日期:2006-08-18王秋蓉 女 1980年生;北京交通大学硕士研究生,研究方向为无轴承开关磁阻电机的分析计算 教育部重点项目(2004104051)和台达电力电子科教发展基金计划(DREG2005006)资助.无轴承开关磁阻电机磁饱和特性的电磁场分析王秋蓉 葛宝明北京交通大学电气工程学院,北京(100044)摘 要 阐述了无轴承开关磁阻电机径向悬浮力产生的原理,考虑电机内复杂的磁场饱和情况,定性分析了主、副绕组电流大小对悬浮力的影响。
计及磁场饱和,建立了无轴承开关磁阻电机的有限元分析模型,以一台3k W 样机为例计算了各种主、副绕组电流组合时的转矩与悬浮力。
数值计算结果验证了定性分析所得结果,表明无轴承开关磁阻电机在运行中存在比传统开关磁阻电机更加复杂的磁饱和现象,磁饱和使得电机悬浮力与绕组电流关系严重非线性,而且悬浮力大小并非总是随绕组电流的增加而增加,存在随电流增加悬浮力减小的情况,这必然给稳定悬浮控制带来困难。
关键词 无轴承电机 开关磁阻电机 有限元 电磁场分析中图分类号TM 352 文献标识码A 文章编号1008-7281(2007)01-0019-07E lectro m agneticF ield Analysis ofM agnetic Saturation Characteristics of B earingless Switched ReluctanceM otorW ang Q iurong and Ge Bao m ingAbstrac t Th is paper descri b es the princi p le o f radial force i n bearing less s w itched reluctance m otor .In consi d erati o n o f the co m plex m agnetic saturation characteristics i n the m o tor ,t h e infl u ence o f t h e m a i n and aux iliary w ind i n g currents on the suspensi o n force .I n v ie w o f saturation of fie l d saturati o n,t h e m odel of finite e le m ent analysis for the bear -ing less s w itched reluctance m o tor is estab lished.Taki n g a 3k W prototype as the exa m p le ,the torque and suspensi o n force w ith the co m bi n ation of variousm a i n and aux iliar y w i n d i n g currents are ca lculated .Through va l u e calcu lation ,the result by qua litative ana l y sis is verified,and it sho w s that there is m ore co m p l e x m agnetic saturation pheno m enon i n the beari n gless s w itched reluctance m o tor than i n the traditi o na l s w itched reluctance m otor ,the serious nonlinearity o f the relationsh i p o f the suspensi o n force and w inding curren ts is caused by the electro m agnetic saturati o n ,and t h e suspension force does not a l w ays i n -crease w ith the i n creasi n g w i n ding currents ,and decreasesw ith i,t so that it is d ifficu lt to control the suspensi o n force .Key words Beari n g m o tor ,s w itched re l u ctance m otor ,fi n ite ele m en,t electr o m ag -netic field analysis .0 引言从开关磁阻电机诞生到现在,国内外在其基础理论与应用研究方面一直呈热点态势,这主要归功于其自身特有的结构与性能优势[1]。
宽转子无轴承开关磁阻电机的计及磁饱和径向力模型
宽转子无轴承开关磁阻电机的计及磁饱和径向力模型
周云红;谭正一;王东;李汉杰
【期刊名称】《电机与控制应用》
【年(卷),期】2024(51)2
【摘要】针对无轴承开关磁阻电机现有的基于无磁饱和假设的数学模型只适用于未磁饱和工况的缺点,为宽转子单绕组无轴承开关磁阻电机建立了一种可以计及磁饱和影响的全周期径向力数学模型。
首先依据该电机的磁场有限元分析结果,基于麦克斯韦应力法求出了径向力关于气隙磁密的表达式;然后对铁心材料的非线性磁化特性进行拟合,再根据该电机的等效磁路计算了计及磁饱和影响的气隙磁密;之后建立了该电机的径向力模型,并在对比分析了边缘气隙磁密和主气隙磁密对径向力的影响后,对所建径向力模型进行简化,以减小计算量和复杂度。
最后利用三维有限元分析进行验证,结果表明所建径向力模型对该电机未磁饱和、部分磁饱和以及完全磁饱和工况均适用。
计及磁饱和的全周期径向力模型的建立,可以为电机运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论参考。
【总页数】13页(P90-102)
【作者】周云红;谭正一;王东;李汉杰
【作者单位】南京工程学院电力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM352
【相关文献】
1.双定子无轴承开关磁阻电机径向力解析模型
2.基于高频脉冲注入的无轴承开关磁阻电机转子位置与径向位移检测方法
3.无轴承开关磁阻电机磁饱和特性的电磁场分析
4.考虑磁饱和的共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机径向力模型
5.宽转子无轴承开关磁阻电机的转子极形优化
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无轴承开关磁阻电机的功率变换器研究
只是在空间位置上相差 ９ 。 ０ 。当主绕 组 Ｎ 通 以图
示 方 向 的 电流后 ， 产生实 线所 示 的四极 磁通 ， 在转 子
不偏心的情况下 ， 气隙 １ 处和气隙 ２处的磁 通密度 相同； 当悬浮绕组 Ｎ 通以图示 方向的电流后 ， 产生 虚线所示的两极磁通， 气隙 ２处气隙磁密增强 ， 而气 隙１ 处磁密减弱 ， 导致气隙 ２处 的磁密大于气隙 １ 处 的磁 密 ， 转子 受 到 向左 的偏 心磁 拉力 而 向左 运 动 。 当改变悬 浮绕组 Ｎ 中的电流方 向时 ， 转子将受到
向右 的偏 心磁拉 力 而 向右运 动 。 方 向的力 由 主绕
制 ， 宽 了开关磁 阻 电机 的应 用领 域 。 拓
图 １ 径 向悬 浮 力 产 生 原 理
亡
联绕 在相 对 的两个 定 子齿 上 ，Ｎ 结构 类 似 于 Ｎ 。 ，
在无轴承开关磁阻电机 的控制 中， 既要 实现 电 机的旋转 ， 又要实现 电机 的稳定悬浮 ， 需要 两套绕 组， 即主绕组和悬浮绕组来完成。基于其控制特点 ，
Ｆ ＡＮ ｎ Ｄ肌 ｒ Ｄｏ ｇ， Ｇ —ｑ ａｎ， ⅣＧ ， ＡＯ ｎ， ｕ Ｇ０ Ｃ ＷＡＮＧ ａ Ｘｉ ｏ一
（ ａｊ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅｏ ａｔ ｓ Ａ ｔ ｎ ｕｉ ， ａｊ ｇ２ ￣ １ ， ｈｎ ） Ｎ ｎｉ ｎｖ ｓｙ ｆ ｒｎ ｕｉ ＆ ｓ ｏ ａ ｔ ｓ Ｎ ｎｉ １ ６ Ｃ ｉ ｎ ｅ ｉ Ａ ｃ ｒ ｃ ｎ ａ
ｓ ｉ ｂ ｅ ｆ ｒｒ ｎ ｉ ｇ ａ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｈ ｇ ｍｐ ｒ ｔｒ ． ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｔ ｅｐ ｎ ｉ ａ ｆｓ ｓ ｅ ｄｎ ，ｙ ｔｍ ｏ ｓｒ ｃ ｒ ｔｏ ｕ ｔ ｌ ｏ ｎｎ ｔ ｇ ｐ ｅ ｎ ｉ ｈ ｔ ａ ｕ ｈ ｅ ｅ ａｕ ｅ Ｉ ｈ ｓ ａ ｅ ， ｒ ｃｐ ｌｏ ｕ ｐ ｎ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｔ ｔ ｅ ｉ ｒ 。 ｈ ｉ ｕ ａ ｎ ｄ ｃ ｄ ｂ ｅ ｙ Ａｃ ｏ ｄｎ ｅ ｃ ｎ ｒｌｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｅ Ｂ Ｒ ， ｏ ｒｃ ｎ ｅｔｒｃ ｒｕ ｔ ｆｍａｎ ｗ ｎ ｉｇ ａ ｄ ｒ ｄ ａ ｒ ｅ ｕ ｅ ｒ ｆ ． ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｔ ｏ ｔｏ ｈ ｒ ｃｅ ｔ ｆｔ Ｓ Ｍ ｐ ｗｅ ｏ ｖ ｒｅ ｉ ｉ ｏ ｉ ｉ ｄ ｎ ｎ ａ ｉｌｆ ｃ ｉ ｌ ｏｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｓ ｏ ｗ ｎ ｉｇ ｗｅ ｅ ｄ ｓｇ ｅ ． ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｖ ｉ ａｅ ｅｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ｏ ｅ ｃ ｎ ｅｔ ｒ ． ｉ ｄ ｎ ｒ ｅ ｉｎ ｄ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｒ ｓ ｌ ａ ｄ ｔｄ ｔ ｅ ｉ ｉ ｔ ｆｔ ｏ ｖ ｒｅ ｓ ｉ ｌ ｓ ｌ ｈ ａ ｉ ｈ Ｋｅ ｒ ｓ ｂ ａ ｉ ｇｅ ｓ ｓ ｉ ｈ ｄ ｒ ｌ ｃａ ｃ ｃ ｉ ｅ ； ｏ ｅ ｏ ｖ ｒｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｅ ｒｎ ｌｓ ； ｗ ｔ ｅ ｅｕ ｔｎ ｅ ｍａ ｈ ｎ ｓ ｐ ｗ ｒｃ ｎ ｅ ｔｒ ｃ
计及磁场耦合特性的无轴承开关磁阻电机的电磁设计
计及磁场耦合特性的无轴承开关磁阻电机的电磁设计刘泽远;杨艳【摘要】结合无轴承开关磁阻电机(BSRM)数学模型的推导及其运行特点,提出了12/8极BSRM可计及转矩绕组和悬浮绕组磁耦合特性的主体尺寸计算公式.考虑到BSRM的悬浮力随位置角和电流的变化规律,利用平均悬浮力设计BSRM的最大径向负载要求.基于BSRM的最恶劣工作状况,提出了基于绕组峰值电流计算绕组匝数的方法.最后,分析了BSRM定、转子极弧选取的原则,并设计了一台实验样机.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2015(034)010【总页数】7页(P44-50)【关键词】无轴承开关磁阻电机;电机设计;转矩;悬浮力【作者】刘泽远;杨艳【作者单位】南京邮电大学自动化学院,江苏南京210023;南京邮电大学自动化学院,江苏南京210023【正文语种】中文【中图分类】TM352无轴承开关磁阻电机(BSRM)不仅具有磁悬浮电机无摩擦、无接触、无润滑和长寿命等一系列优良特点，还兼有开关磁阻电机(SRM)的结构简单、控制灵活、容错能力强和高速适应性强等优点［1，2］。
因此，BSRM在航空高速、超高速起动发电机领域有独特优势。
目前，关于BSRM的研究主要集中在其控制策略［3-5］、数学模型［6，7］及功率变换器［8，9］等方面，少有涉及其本体设计的研究［10，11］。
就结构而言，BSRM仅在定子上比SRM多了一套悬浮绕组，两者的设计方法既有相同点，又有不同之处。
相同点为两者均为双凸极结构，BSRM的基本尺寸可参考SRM的设计方法，如电机极高、轭厚等尺寸的计算。
不同之处在于BSRM的控制策略和数学模型均比SRM复杂得多，还多了一个悬浮力指标，这对其本体设计提出了新要求;而且转矩绕组和悬浮绕组间的强磁耦合特性，也增加了其本体设计的难度。
为此，本文将结合12/8极BSRM的运行特点，研究其电磁设计方法;涉及到了其主体尺寸计算公式，径向悬浮力设计，绕组参数的计算及定、转子极弧的选取等。
无轴承电机研究和应用前景
无轴承电机研究和应用前景【摘要】无轴承电机是一种新型的电机技术，其研究和应用前景备受关注。
本文首先介绍了无轴承电机的定义和原理，接着分析了其在工业自动化、电动汽车和航空航天领域的广泛应用。
无轴承电机的优势和特点使其在各个领域都得到了推广和应用，如高效能、低噪音和低维护成本等。
未来，无轴承电机的发展方向将更加注重技术创新，提高其性能和可靠性。
在技术创新中，无轴承电机将发挥重要作用，推动相关领域的发展。
综合分析无轴承电机的应用前景，可以看出其在未来将有着广阔的市场和发展空间，为工业装备和交通工具的智能化提供重要支持。
【关键词】无轴承电机、研究、应用前景、定义、原理、优势、特点、工业自动化、电动汽车、航空航天、发展方向、应用前景分析、技术创新、作用。
1. 引言1.1 无轴承电机研究和应用前景无轴承电机是一种利用无接触磁悬浮技术替代传统轴承的电机，在近年来得到了广泛的研究和应用。
无轴承电机具有多种优势和特点，如结构简单、摩擦损耗小、运行可靠等，因此在工业自动化、电动汽车和航空航天领域都有着广泛的应用。
未来，随着科技的不断发展和创新，无轴承电机有着巨大的发展前景和潜力，将在各个领域带来更多的应用和创新。
通过对无轴承电机的研究和应用，人们可以更好地理解其原理和特点，进一步推动其技术的发展和进步，促进工业自动化、电动汽车和航空航天领域的发展，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
对无轴承电机的研究和应用前景进行深入探讨是十分必要和重要的。
2. 正文2.1 无轴承电机的定义和原理无轴承电机是一种新型的电机设计，它在传统电机设计中去除了传统轴承部件，使得整个电机结构更加简化，减小了机械摩擦和机械损耗，提高了电机的效率和可靠性。
无轴承电机的原理是通过不同的方式来支撑电机转子，例如利用气体浮升、磁悬浮或电磁浮悬等技术。
其中最常见的是磁悬浮技术，通过在转子和定子上安装磁体，使得转子在不接触任何物体的情况下可以悬浮在定子上，并且通过控制磁场的强度和位置来实现转子的稳定运转。
无轴承开关磁阻电机的分析与设计的开题报告
无轴承开关磁阻电机的分析与设计的开题报告一、研究背景开关磁阻电机是一种新兴的电动机，采用无需轴承的结构，避免了传统电动机轴承损耗、维修增加的问题。
该电机还具有结构简单、响应速度快、高效节能等优点，近年来受到广泛关注。
本论文将从无轴承开关磁阻电机的原理出发，对其进行深入研究和分析，探讨其设计和应用。
二、研究目的本论文主要研究无轴承开关磁阻电机的性能分析和设计方法，旨在进一步了解其原理和特点，为其在新能源领域等方面的应用提供技术支持。
具体目的包括：1.掌握无轴承开关磁阻电机的工作原理和结构特点；2.分析无轴承开关磁阻电机的性能特点，如输出功率、效率、响应速度等；3.探究无轴承开关磁阻电机的设计方法，包括电磁学模拟、机械结构设计、控制系统等方面的内容；4.验证无轴承开关磁阻电机的性能和设计方法的有效性。
三、研究内容本论文将从以下几个方面进行研究：1.无轴承开关磁阻电机的工作原理和结构特点。
主要介绍电机的基本原理、结构和工作模式，分析其相较于传统电动机的优势和不足。
2.无轴承开关磁阻电机的性能分析。
主要对电机的输出功率、效率、响应速度等性能指标进行分析，并探究其在不同应用领域中的应用前景。
3.无轴承开关磁阻电机的设计方法。
主要包括电磁学模拟、机械结构设计、控制系统的设计等方面的内容，探究其设计方法的基本思路和实现方法，并结合实际案例进行讲解。
4.实验验证。
基于已有的无轴承开关磁阻电机的实验平台，对其进行实际测试，验证性能和设计方法的有效性。
四、研究成果本论文主要将在以下几个方面取得成果：1.深入了解无轴承开关磁阻电机的工作原理和结构特点，揭示其优势和不足。
2.对无轴承开关磁阻电机的性能进行分析，探究其应用前景。
3.总结无轴承开关磁阻电机的设计方法，包括电磁学模拟、机械结构设计、控制系统设计等方面的内容，为无轴承开关磁阻电机的优化设计提供参考。
4.通过实验验证电机的性能和设计方法的有效性，为无轴承开关磁阻电机的应用提供技术支持。
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本科毕业论文无轴承开关磁阻电机基本研究和电磁力研究The basic and electromagnetic force research of BearinglessSwitched Reluctance Motor学生学号：3061127015学生姓名：徐浚专业班级：J电气工程及其自动化0601指导教师姓名：杨泽斌指导教师职称：讲师2010年 6 月无轴承开关磁阻电机基本研究和电磁力研究专业班级：J电气0601 姓名：徐浚指导教师：杨泽斌职称：讲师摘要：随着工业技术的发展，用电设备对拖动电机的要求不断提高，磁悬浮技术的运用使高速和超高速电机现已广泛应用于空间技术、密封泵、离心机和高速飞轮储能等领域利用磁悬浮轴承和开关磁阻电机定子结构的相似性，将两者集成化所构成的新型电机一无轴承开关磁阻电机对于减少装置体积重里，提高设备性能有重要意义本文在消化和吸收国外的研究成果基础上，论述了无轴承开关磁阻电机的工作原理，并对电机的数学模型进行了详细的推导和分析。
在此基础上，设计了无轴承开关磁阻电机系统的主绕组功率变换器和悬浮绕组功率变换器、滞环电路、驱动隔离电路、PID调节电路、辅助电源和面板控制系统等，并完成了全部硬件部分的制作和调试，为后续的系统调试打下了基础。
关键词：无轴承开关磁阻电机径向力控制系统电流滞环控制The basic and electromagnetic force research of Bearingless Switched Reluctance MotorAbstract：With the development of industrial technology, high speed and super high speed drives have found wide application in space technology, canned pump and high speed flywheel storage system, etc. The Bearingless Switched Reluctance Motor, which combines the switched reluctance motor and magnetic bearings, will possibly reduce the volume as well as improve the performance of the driving systems.The principle of radial force generation was described and the mathematic model of the Bearingless Switched Reluctance Motor was derived in this thesis. Then, converters used in the Bearingless Switched Reluctance Motor system were discussed. Because the current in main winding was unidirectional, dual-switch converter was chosen as the main winding converter. In the case of the radial force windings, which demand bidirectional current, half-bridge converter was chosen. Both converters were designed and manufactured. Moreover, assistant circuits (including the driving circuit, the safeguard circuit, the hysteresis current circuit, the PID circuit, the assistant power supply) and the control panel system were designed, and the principles of operation of these circuits was introduced in detail. At last, all hardware circuits were debugged. The test waveforms were shown.Keywords:Bearingless Switched Reluctance Motor radial force control systems hysteresis current control目录摘要 (2)ABSTRACT (3)目录 (4)第1章绪论 (6)1.1无轴承电机的研究背景 (6)1.2本课题的研究意义和研究现状 (7)1.3本论文的主要内容 (7)第2章无轴承开关磁阻电机的基本原理 (8)2.1开关磁阻电机 (9)2.2磁轴承原理 (10)2.3无轴承开关磁阻电机基本原理 (10)2.3.1无轴承开关磁阻电机系统的构成 (10)2.3.2无轴承开关磁阻电动机原理 (13)第3章无轴承开关磁阻电机的电磁力数学模型 (15)3.1无轴承开关磁阻电机转子角度的零度定义 (15)3.2关于一体化模型的讨论 (15)3.3一体化模型的推导过程 (16)第4章无轴承开关磁阻电机的基本结构 (23)4.1磁轴承支承的开关磁阻电机基本结构 (23)4.2无轴承开关磁阻电机可实现的基本结构分析 (24)第5章无轴承开关磁阻电机系统的实践 (28)5.1电机本体的研究 (28)5.1.1开关磁阻电机的研究 (28)5.1.2无轴承开关磁阻电机的研究 (29)5.2控制系统的硬件部分 (30)5.2.1DSP系统 (31)5.2.2D/A转换模块 (31)5.2.3转子径向力检测模块 (32)5.2.4逻辑处理模块 (32)5.2.5过压过流保护模块 (32)5.2.6转子角度传感器 (32)5.3控制系统的软件部分 (32)5.3.1控制系统的软件流程 (33)5.3.2测速问题讨论 (36)第6章总结和展望 (39)致谢 (41)参考文献 (42)第1章绪论本章首先讲述了无轴承电机的研究背景，说明了本课题研究意义和国内外的研究现状，最后简要介绍了本论文的主要研究内容。
1.1无轴承电机的研究背景现代化工业生产对拖动电机的性能要求越来越高，其中一个明显特征是高速电机和超高速电机日益广泛地应用于高速机床、离心机、压缩机、飞轮储能以及涡轮分子泵等工业设备中，用机械轴承支撑时，由转子高速运行带来的摩擦阻力增加，使轴承磨损加剧，缩短轴承和电机的使用寿命，也增加了对电机和轴承维护的负担。
为了克服机械轴承性能的不足，高速电机一般采用气浮、液浮和磁浮轴承。
其中气浮和液浮轴承均需要配备专门的气压、液压系统，这不仅使电机的结构复杂、体积庞大、耗能多、效率低，同时气压、液压系统的故障会使气浮、液浮轴承失效，从而导致电机无法正常运行，这同样降低了电机和系统的可靠性。
近二十年来发展起来的磁轴承具有无摩擦、无磨损、不需润滑和密封、高速度、高精度、长寿命等一系列优良特性，因而从根本上改变了传统的支撑形式，在能源交通、机械加工工业、航空航天及机器人等高科技领域得到了广泛的应用。
但是磁轴承占有独立的轴向空间，使得磁轴承电机的轴向利用率较低，而磁轴承结构和交流电机定子结构具有一定的相似性，如果把磁轴承中的悬浮绕组叠绕在电机定子绕组上，使两种磁场合成一体，且能同时独立控制电机转子的悬浮和旋转是最为理想的，无轴承电机正是基于这一设想而提出的。
无轴承电机的概念最初是由R.Bosch于80年代末提出[1]，在瑞士的J.Bichsel实现了同步电机的无轴承技术之后[2]，无轴承电机的研究引起了广泛的重视。
目前瑞士、日本和美国等国家都大力支持开展这项研究工作。
日本的 A.Chiba 等人对异步电机的无轴承技术、永磁同步电机的无轴承技术、开关磁阻电机的无轴承技术进行了研究[3,5-7]。
瑞士的R.Schob研究了异步电机的无轴承技术[4]和薄片状无轴承电机。
目前瑞士联邦工学院(ETH)在这一研究领域中保持领先，已有一些成果转化为商品。
与磁轴承电机相比，无轴承电机有以下优点:1)悬浮绕组缠绕在电机定子上，不占用额外的轴向空间，电机的轴向长度可设计得较短，临界转速相对较高，因此在高速和超高速、小体积、长寿命的传动领域有应用优势。
2)轴向长度得到了充分利用，在轴向长度保持一定的条件下，其输出功率可大幅度提高。
3)由于无磨损、无润滑等特点，可以用于超静、超洁净的场合下。
在航空方面，航空电机的转速将有可能从根本上摆脱机械轴承因素的制约，而结构简单，维修更方便，合乎未来全电飞机强生命力、低维修的发展要求。
4)电能消耗相对较少，径向力控制系统的功耗只占电机功耗的2%~5%[6]。
1.2本课题的研究意义和研究现状开关磁阻电机由于转子上无绕组，结构简单、成本低、易于调速、维护方便等特点使其非常适合于高速运行。
开关磁阻电机的无轴承技术不仅使其更高速方向发展有重要意义，而且有望在减少开关磁阻电机目前的振动噪声和转矩脉动问题提出一种新的有效的解决方案。
无轴承电动机的思想己经提出有一段时间，目前美国、瑞士、日本和德国等几个国家正在大力资助这个项目的研究。
无轴承开关磁阻电机的概念是Higuchi教授最早在1989年提出的[8]，后来日本的一部分学者进行了深入研究，从已发表的文献来看，只有日本成功地实现了无轴承开关磁阻电动机的稳定悬浮。
目前国内南京航空航天大学和江苏理工大学均在开展这方面的研究工作。
但是到目前为止，国内还没有看到成功实现无轴承开关磁阻电动机稳定悬浮的报道和相关文献。
1.3本文主要内容本文主要内容如下:(1)第一章为绪论部分，介绍了无轴承电机的研究背景，简单说明了本课题的研究意义和国内外研究现状。
(2)第二章在开关磁阻电机和磁轴承技术基础上，介绍了无轴承开关磁阻电动机的组成和基本原理。
(3)第三章详细论述了无轴承开关磁阻电动机一体化的数学模型。
从等效磁路推导出电感公式，在此基础上，经过进一步分析得到了径向力和转矩的数学公式，并对此进行了相关分析。
(4)第四章详细介绍了无轴承开关磁阻电机的可实现结构。
(5)第五章详细介绍了无轴承开关磁阻电动机对功率变换器的要求及其设计方法。
硬件实现。
包括驱动隔离电路、滞环电路、保护电路、辅助电源和控制面板等部分的功能及硬件的组成和工作原理。