基于洛倫茲力的無軸承電機優化與特性分析

吳華春， 楊石平

(武漢理工大學 機電工程學院，湖北 武漢 430070)

0 引言

無軸承電機是隨著電子技術、數字信號處理技術和控制技術發展而來的一種新型電機[1]，是將電機的旋轉和懸浮支承功能集成于一體[2]，并具有磁懸浮軸承無接觸、無摩擦和轉速高等優點[3-4].但是傳統永磁型無軸承電機徑向懸浮力和轉矩相互制約，從而導致承載力和剛度較小，制約了傳統無軸承電機的發展和應用[5].

洛倫茲力無軸承電機是一種新型無軸承電機，它的轉矩和軸向懸浮力都是由洛倫茲力產生的，定子繞組是一套單層繞組線圈，而轉子結構類似于普通交替極永磁體電機，永磁體在轉子鐵心兩端沿徑向排列，并且沿轉子鐵心兩端排列的永磁體極性不同，轉子的徑向支承依靠徑向永磁軸承實現，永磁軸承不但使結構緊湊，并且幾乎無能耗.由于無需引入額外的機械支承，從而減小了洛倫茲力無軸承電機的軸向尺寸，因此在對電機性能要求較高的領域具有廣闊的應用前景，如生命科學領域、半導體工業和化工領域等.洛倫茲力無軸承電機在運行時，轉子軸向偏移會使徑向永磁軸承產生軸向力，因此軸向平衡是依靠永磁軸承產生的軸向力和無軸承電機產生的軸向洛倫茲力維持，所以洛倫茲力無軸承電機對軸向洛倫茲力控制精度要求更高，這也是一個難點.

文獻[6]中設計了一款新型無軸承電機，建立了懸浮力和電流的數學模型，再通過對無……