无轴承电机悬浮控制系统的设计

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和交流电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承。通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机的转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一,无轴承电机悬浮控制系统设计是该研究的关键。论文介绍了无轴承电机悬浮控制的基本原理,设计出了基于转矩绕组转子磁场定向的悬浮控制系统。     

磁悬浮无轴承电机的解耦控制

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承;通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一。无轴承电机的解耦控制是控制系统设计的关键。论文介绍了目前无轴承电机解耦控制的基本原理和方法,并进行了对比和分析,可针对不同电机来设计控制系统。     

一种新型混合转子结构无轴承电动机磁悬浮力的矢量控制

无轴承电机具有无机械磨损和噪声等优点，其转子旋转和悬浮的电磁转矩和磁悬浮力皆由电机本身产生。在对不同转子结构转矩和磁悬浮力进行有限元对比分析的基础上，该文提出了一种兼有永磁式和感应式转子共同优点的新型混合转子结构。该电机不仅能产生大的电磁转矩和磁悬浮力，而且提供了通过电流矢量定向实现悬浮力解耦控制的途径。基于数字信号处理器DSP(TMS320C32)和复杂可编程逻辑芯片CPLD(Xilinx)，构建了混合转子无轴承电机的控制系统，实现了悬浮力矢量控制策略。试验结果表明该文所提出的新型无轴承电机的设计与控制策略是可行的。     

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机是自身具有磁悬浮轴承功能的新型特种电机，是一个复杂的强耦合的非线性系统，建立无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机数学模型，是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提，实现其径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是电机稳定运行的基本条件。该文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理的基础上，推导了径向悬浮力和电机数学模型，采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统，利用Matlab的Simulink工具箱构建了矢量控制系统，对无轴承永磁同步电机的转速、转矩及转子起浮性能进行了仿真。仿真结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮，而且电机具有良好的动态性能。     

计及偏心及洛仑兹力的永磁型无轴承电机建模与控制研究

对转子偏心情况下永磁型无轴承电机中2种磁悬浮力的产生机制进行了深入的理论分析和数学建模；特別揭示了转子偏心、转矩绕组磁场对悬浮力控制及悬浮绕组磁场对转矩控制的耦合影响；提出一种实用的悬浮力及转矩控制方案，并通过在一台表面贴装无轴承永磁同步电动机上进行的实验验证了其有效性和实用性。实验结果表明考虑转子偏心和洛仑兹力的影响有效的提高了无轴承电机悬浮运行时的稳态精度和动态响应速度，极大的拓宽了其应用领域。     

磁悬浮无轴承异步电动机仿真

阐述了磁悬浮无轴承电机的基本状况，分析了磁悬浮无轴承异步电动机悬浮力产生的机理，按照气隙磁场定向控制设计了控制系统，将磁悬浮无轴承异步电动机等效成两台普通电机一转矩电机和悬浮力电机，建立了仿真分析模型，并进行了整个电机系统的仿真。     

永磁型无轴承电机的完整系统建模

为实现永磁型无轴承电机的稳定悬浮运行，须对转矩和悬浮力进行实时控制。电磁转矩和磁悬浮力的精确计算是无轴承电机设计及其控制的基础。传统的永磁型无轴承电机数学模型将转矩与悬浮力作为两个独立的系统来考虑，忽略了它们之间的非线性电磁耦合关系，因此计算精度不理想。该文通过虚位移法推导、并建立了考虑转矩绕组与悬浮绕组之间非线性电磁耦合关系及转子运动的面贴式永磁型无轴承电机完整系统数学模型，并通过有限元分析提取了模型中的关键参数。基于此模型实现了转子磁场定向控制的悬浮运行仿真，通过与传统数学模型的仿真结果对比，验证了该模型的精确性与完整性。     

新型交替极无轴承永磁电机的原理与实现

传统永磁型无轴承电机悬浮力和转矩控制存在耦合，该文对一种新型交替极转子结构的无轴承永磁电机的磁悬浮原理进行了深入分析和数学建模，指出该类型电机所具有的独特的悬浮控制和转矩控制解耦的特点，并构建了无轴承交替极永磁电机的实时控制系统。实验结果表明实现了该新型无轴承永磁电机的动、静态稳定悬浮，验证了悬浮与转矩控制解耦的特性。     

无轴承绕线型异步电机瞬态响应的有限元分析及实验研究

无轴承电机集磁性悬浮与转矩驱动于一体,具有无摩擦、无磨损、无损耗、免维修、寿命长等独特优点,从根本上改变了传统的支承与传动形式.该文介绍一种无轴承绕线型异步电机,通过瞬态有限元分析法(TFEM)计算其径向力和转矩的瞬态响应,结果表明该无轴承电机可以同时产生支承转子重量的稳定径向力与恒定转矩,且其控制电流相互独立,与鼠笼型转子无轴承异步电机相比,前者能够产生更有效的径向力,且转矩不受径向力绕组电流干扰;并在基于SVM-DTC的磁悬浮异步电机悬浮子系统独立控制实验平台上加以测试,结果表明该系统能够实现了无轴承绕线型异步电动稳定悬浮.     

基于神经网络的无轴承电机悬浮子系统仿真研究

无轴承电机电磁转矩和磁悬浮力的独立控制是实现电机超高速运转的有效途径。论文在研究电机磁悬浮机理的基础上，推导了磁悬浮力的数学模型，提出了1种基于DRNN神经网络整定的PID控制方法，将该控制方法应用于转子悬浮控制子系统中，并应用MATLAB工具进行了系统仿真。仿真结果表明，该控制系统具有很好的性能，能够实现电机的稳定悬浮。     

Magnetic suspension force in an induction bearingless motor with a squirrel cage rotor

Theoretical equations of magnetic force in an induction bearingless motor have been reported. In the bearing‐less motor, both 4‐pole and 2‐pole windings are stored in stator slots for torque and suspension force generation. In the analysis, squirrel cage rotor currents are considered. These currents are induced by both torque and suspension winding currents. Inductance matrix is represented by four sets of three‐phase windings, thus a 12×12 matrix is constructed. A simplification and reasonable assumptions are introduced to obtain understandable expressions for suspension force and torque representation. The rotor flux linkages in an induction bearingless motor are derived, and a simulation model of suspension force is then constructed. It is shown that the response and the phase of suspension force are delayed in the case of cage rotors. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 159(3): 77–87, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20340     

Torque and suspension force in a bearingless switched reluctance motor

Bearingless switched reluctance motors, which can control rotor radial positions with magnetic force, have been proposed. The bearingless switched reluctance motors are characterized by integration of switched reluctance motors and magnetic bearings. These motors have two kinds of stator windings composed of motor main windings and suspension windings in the same stator in order to produce suspension force that can realize rotor shaft suspension without mechanical contacts or lubrication. For successful stable operation, accurate theoretical formulas of instantaneous torque and suspension force are necessary to a rotational speed controller and a rotor radial position controller. This paper derives the theoretical formulas of the instantaneous torque and the suspension force from an assumption of simple permeance distribution. This derivation process makes an assumption that fringing fluxes are distributed on elliptical lines. It is shown with experimental results that the derived theoretical formulas are very accurate in terms of practical application. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 157(2): 72–82, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20157     

Radial Force Analytic Modeling for a Novel Bearingless Switched Reluctance Motor When Considering Rotor Eccentricity

Abstract—Analytic modeling of radial forces is proposed for the novel bearingless switched reluctance motor, where the rotor eccentricity is taken into account. The novel bearingless switched reluctance motor's model is never disclosed, even though there are many advantages, such as fewer suspension windings and simpler control circuit and algorithm, when compared to the conventional bearingless switched reluctance motor. The analytic model of radial forces is very important to achieve this new bearingless switched reluctance motor's suspension control. The rotor eccentricity is a key cause to affect the radial forces. This article calculates the air-gap permeances through considering rotor eccentricity. The self-inductance and mutual-inductance expressions of the motor torque windings and the suspension windings are derived by using the magnetic equivalent circuit method. The derived radial force model discloses the effects of winding currents, rotor position angle, and rotor eccentricity displacement. The finite-element analysis based results verify the built model.     

单绕组无轴承永磁薄片电机的原理和实现

研究了一种单绕组无轴承永磁薄片电机的工作原理和结构设计。摒弃了传统无轴承电机的双绕组结构,采用一套绕组实现电机转子悬浮和旋转。推导了单绕组无轴承永磁薄片电机径向悬浮力的数学模型,给出相应的控制策略和功率系统设计方案。制作了实验样机,并做了空载和负载实验。实验样机调试结果表明,单绕组无轴承永磁薄片电机成功实现了包括径向、轴向和扭转等方向的5自由度全悬浮。     

无轴承二极电机麦克斯韦磁悬浮力解析模型

针对相关电感参数难以通过实验精确测量而无法实现磁悬浮力精确控制的问题,根据电机磁路原理,推导出了拥有四极悬浮控制绕组的柱形转子无轴承二极电机各电感参数的一般化解析计算模型。基于该参数模型和电机电磁场虚位移原理,推导出了一般化Maxwell磁悬浮力精确计算模型,并结合电机具体特点给出了SPM永磁型和感应型无轴承电机的磁悬浮力精确计算模型和各自磁悬浮力解耦控制策略的分析,从而为进一步深入研究无轴承二极电机动态运行行为和设计高精确度解耦控制器打下了理论基础。     

磁悬浮无刷直流电机新型直接悬浮力控制

针对磁悬浮无刷直流电机(BBLDCM)这一非线性、强耦合系统,为解决悬浮系统控制难度大、转子抖动严重等问题,设计了一种新型的直接悬浮力控制策略。借鉴传统的无刷直流电机直接转矩的控制思想,依据BBLDCM运行特点,推导出不同状态下的悬浮力矢量,并给出了悬浮绕组导通表,同时阐明了新型直接悬浮力工作过程。最后通过Simulink对所提控制策略进行仿真验证,结果表明该方法不仅能够实现转子稳定悬浮,而且有效削弱了悬浮转子的抖动,简化了悬浮控制系统,提高了悬浮系统的控制精度。