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无轴承永磁薄片电机悬浮力模型及数字控制研究
摘要
本文研究的是无轴承永磁薄片电机的悬浮力模型及数字控制。首先介绍了永磁薄片电机的原理和结构。然后基于同步电动机的气隙磁通密度分布进行了无轴承永磁薄片电机的设计，并建立了该电机的悬浮力模型。接着提出了数字控制策略，利用控制器控制永磁薄片电机旋转，并通过仿真验证了该数字控制策略的有效性。实验结果表明，设计的永磁薄片电机悬浮力模型和数字控制策略可以实现稳定的扭矩和悬浮力，具有很好的应用前景。
关键词：无轴承永磁薄片电机，悬浮力模型，数字控制，气隙磁通密度分布
Abstract
Thispaperstudiesthesuspensionforcemodelanddigitalcontrolofthebearinglesspermanentmagnetthinslicemotor.Firstly,theprincipleandstructureofthepermanentmagnetthinslicemotorareintroduced.Then,basedontheairgapmagneticfluxdensitydistributionofthesynchronousmotor,thebearinglesspermanentmagnetthinslicemotorisdesignedandthesuspensionforcemodelofthemotorisestablished.Then,adigitalcontrolstrategyisproposedtocontroltherotationofthepermanentmagnetthinslicemotorusingacontroller,andtheeffectivenessofthedigitalcontrolstrategyisverifiedthroughsimulation.Theexperimentalresultsshowthatthedesignedsuspensionforcemodelanddigitalcontrolstrategyofthepermanentmagnetthinslicemotorcanachievestabletorqueandsuspensionforce,andhavegoodapplicationprospects.
Keywords:bearinglesspermanentmagnetthinslicemotor,Suspensionforcemodel,digitalcontrol,airgapmagneticfluxdensitydistribution
一、引言
永磁薄片电机是一种多功能的驱动器件，具有小体积、高速度、高功率密度、高能效、高精度、低噪声和低振动等优点，因此在机器人、航空航天、医疗器械、精密仪器等领域得到广泛应用。然而，传统的永磁薄片电机往往需要轴承支撑转子，增加了制造复杂度和故障率。为了克服这一缺点，近年来，学者们开展了无轴承永磁薄片电机的研究，摆脱了轴承对电机运行的限制，提高了电机运转可靠性和寿命。
本文研究的是无轴承永磁薄片电机的悬浮力模型及数字控制。首先介绍了永磁薄片电机的原理和结构。然后基于同步电动机的气隙磁通密度分布进行了无轴承永磁薄片电机的设计，并建立了该电机的悬浮力模型。接着提出了数字控制策略，利用控制器控制永磁薄片电机旋转，并通过仿真验证了该数字控制策略的有效性。实验结果表明，设计的永磁薄片电机悬浮力模型和数字控制策略可以实现稳定的扭矩和悬浮力，具有很好的应用前景。
二、永磁薄片电机的原理和结构
永磁薄片电机是一种通过轴向电磁场作用于薄片形铁芯上的永磁体来实现转子旋转的电机。它的核心部分是由若干个绕在固定铁芯上的三相绕组和若干个堆叠在一起的铁芯组成的转子。因为转子上没有轴承，所以被称作无轴承永磁薄片电机。
与传统永磁电机不同的是，永磁薄片电机的转子和定子之间只有气隙，这使得该电机具有以下优点：
1.噪声低。由于转子没有轴承，所以没有机械接触，运行噪声很小。
2.操作可靠。长时间运行不会出现轴承磨损和轴承故障的情况。
3.维护简单。机械结构简单，不需要进行大量的机械维护。
4.高速运行能力。气隙永磁电机的空气动力学性质使其能够快速旋转，高速运行。
5.节能。永磁体是恒磁体，不需要消耗电力来维持电磁体的励磁。
6.小体积、高速度、高功率密度、高能效、高精度、低噪声和低振动等优点。
因此，永磁薄片电机在机器人、航空航天、医疗器械、精密仪器等领域具有广泛的应用前景。
三、永磁薄片电机的悬浮力模型
为了研究无轴承永磁薄片电机的悬浮力，首先需要对该电机进行设计。本文将同步电动机的气隙磁通密度分布应用到无轴承永磁薄片电机的设计中。具体来说，将每个薄片形铁芯都