项目名称: 高集成度6/4极锥形无轴承开关磁阻电机五自由度磁悬浮系统的基础研究

项目编号: No.51477074

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 电工技术

项目作者: 曹鑫

作者单位: 南京航空航天大学

项目金额: 87万元

中文摘要: 由两台6/4极锥形无轴承开关磁阻电机(CBSRM)构成的五自由度磁悬浮系统集电机与磁轴承技术于一体,结构简单、紧凑,具有很高的集成度,有望提高转子的临界转速和系统的功率密度,从而进一步强化其在多电飞机、舰船、飞轮储能等高速领域的应用基础。本项目拟基于6/4极CBSRM开展五自由度磁悬浮系统的研究,着力提高五自由度磁悬浮系统的功能集成度。具体内容包括:研究CBSRM电磁特性和本体结构优化方法,建立悬浮力和转矩的数学模型,为电机控制奠定理论基础;研究CBSRM运行机理及其悬浮力和转矩协调控制方法,以提高系统运行性能;以充分发挥电机的高速适应性和提高功率系统集成度为目标,探索适用于CBSRM的功率变换器拓扑;研究磁悬浮系统轴向位移协调控制策略和五自由度非线性控制方法,全面提高五自由度磁悬浮系统的悬浮控制精度。研制实验样机,探索和实现该系统的集成化设计,获得悬浮力和转矩的输出特性分布规律。

中文关键词: 开关磁阻电机;锥形无轴承电机;五自由度磁悬浮系统;高集成度

英文摘要: The Five-Degree Of Freedom (5-DOF) magnetic levitation system based on 6/4 conical bearingless switched reluctance motor (CBSRM) integrates magnetic bearing technology with switched reluctance motor (SRM), which has high integration density because there are only two CBSRMs in the system. Its simple and compact structure increases the rotor critical speed and system power density. Therefore, this novel 5-DOF magnetic levitation system owns good competition in high speed application such as more-electric aircraft, ships, flywheel energy storage, etc. Aiming at increasing the system integration and power densities, this project focuses on the principle, control method, power converters and experimental platforms. The main contents are summarized as follows. Firstly, in order to facilitate the control of levitation and torque, the electromagnetic characteristics and mathematical models of CBSRM are studied, and the machine design is also optimized. Secondly, the principle and control strategy of CBSRM are investigated to improve the system performance. Thirdly, in order to further improve the motor high-speed capability and increase the integration density of power control system, different converter topologies are studied for CBSRM. Finally, the control scheme of the axial levitation and 5-DOF nonlinear control method are explored for the 5-DOF magnetic levitation system so that the performance on 5-DOF magnetic levitation can be further improved. Moreover, the 5-DOF magnetic levitation prototype consisting of two CBSRMs is established to achieve the integrated design of system, and then obtain the characteristics of levitation force and output torque.

英文关键词: switched reluctance motor;conical bearingless motor;five-degree of freedom magnetic levitation system;high integration density

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