基于ANSOFTＭaxwll2D的磁悬浮电机的研究

基于ANSOFTＭaxwll2D的磁悬浮电机的研究基于 ANSOFT

Ｍaxwll 2D
年珩

的磁悬浮电机的研究

（浙江大学电气工程学院，浙江 杭州 310027） 摘要 无轴承电机是电磁轴承与交流电机相结合的产物，它将产生悬浮力的电磁轴承绕组嵌放进 旋转电机的电枢铁心中，使电机转子同时具有旋转和自悬浮支撑能力。应用 ANSOFT Maxwell 2D 的 电磁分析功能，对永磁型无轴承电机的气隙磁场分布以及悬浮力与转矩绕组和悬浮绕组的关系进 行了详细的分析和计算，得到其相应的气隙磁密曲线和悬浮力曲线及电感参数，为进一步研究和 控制永磁型无轴承电机提供了依据。 关键词：无轴承电机，悬浮力，电磁分析 1. 引言
随着生产发展和科技进步，高速和超高速大容量电力驱 动有了很大的需求，如高速高精度机床、涡轮分子泵、压缩 机、空压机以及飞轮储能应用等。要实现电机的高速和超高 速可靠运转， 必须解决高速轴承问题。 机械轴承由于有接触、 需润滑和要维护，限制了它的最高转速和使用寿命，而且价 格高昂， 成为电驱动高速化的瓶颈。 电磁轴承解决了无接触、 不需润滑，已在现代高速机械设备中得到有效应用。但由于 电磁轴承体积及激励功率大， 致使电机结构尺寸和成本增大， 临界转速降低，妨碍了高速下的大容量化，动态响应也慢， 限制了它的适用范围。 利用电磁轴承和电机结构的相似性，将产生悬浮力的原 电磁轴承绕组嵌放进旋转电机的电枢铁心中，有目的地改变 磁场分布，使电机转子同时具有旋转和自悬浮支撑能力，构 成了所谓的无轴承电机(Bearingless Motor),这是上世纪 90 年代初高速电机研究的一大突破 。与电磁轴承加电动机方 式相比，无轴承电机尺寸小、功率密度高，能同时实现高转 速和大功率。根据转子结构的不同，无轴承电机可分为感应 型、永磁型、磁阻型三种。与感应型和磁阻型相比，永磁型 无轴承电机由永磁体来建立气隙磁场，无需定子转矩绕组电