无轴承电机的特点

无轴承电机研究和应用前景一、无轴承电机起源及发展在费拉里斯和特斯拉发明多相交流系统后，19世纪80年代中期，多沃罗沃尔斯基发明了三相异步电机，异步电机无需电刷和换向器，但长期高速运行，轴承维护保养仍是难题。

二次世界大战后，直流磁轴承技术的发展，使得电机和传动系统无接触运行成为可能，但这种传动系统造价很高，因为铁磁性物体不可能在一个恒定磁场中稳定悬浮。

主动磁轴承的发明，解决了这个难题，但用主动磁轴承支承刚性转子要在5个自由度上施加控制力，磁轴承体积大、结构复杂和造价高。

20世纪后半期，为了满足核能开发和利用，需要用超高速离心分离方法生产浓缩铀，磁轴承能满足高速电机支撑要求，于是在欧洲开始了研究各种磁轴承计划。

1975年，赫尔曼申请了无轴承电机专利，专利中提出了电机绕组极对数和磁轴承绕组极对数的关系为±1。

用赫尔曼提出的方案，在那个年代是不可能制造出无轴承电机的。

随着磁性材料磁性能进一步提高，为永磁同步电机奠定了有力竞争地位。

同时，随着双极晶体管的应用，以及和柏林格尔提出的无损开关电路结合，能够制造出满足无轴承电机要求的新一代高性能功率放大器。

大约在1985年，具有快速和负载能力的功率开关器件和数字信号处理器的出现，使得已经提出20多年的交流电机矢量控制技术才得以实际应用，这样解决了无轴承电机数字控制的难题。

瑞士苏黎世联邦工学院的比克尔在这些科技进步的基础上，于20世纪80年代后期才首次制造出无轴承电机。

几乎与比克尔同时，1990年日本a.chiba首次实现磁阻电机的无轴承技术。

1993年，苏黎世联邦工学院的r.schoeb首次实现交流电机的无轴承技术。

无轴承电机取得实际应用，关键性突破是1998年苏黎世联邦工学院的巴莱塔研制出无轴承永磁同步薄片电机，电机结构简单，大大降低了控制系统费用，在很多领域具有很大应用价值。

2000年，苏黎世联邦工学院的s.sliber研制出无轴承单相电机，再一次在无轴承电机研究历史上前进了一步，降低了控制系统的费用，使得无轴承电机实际应用不仅仅是可想的，而且是经济的。

无轴承电机研究回顾、应用现状与技术基础收稿日期:2009212231基金项目:南京信息职业技术学院科研项目(07-001)张汉年1,刘合祥2(1.南京信息职业技术学院电子信息学院,南京 210046;2.东南大学电气工程学院,南京 210096)摘 要:概述了无轴承电机的优点,总结了无轴承电机的几种基本结构,详细介绍其研究进程。

综述了无轴承电机的应用现状,重点论述了其在生物工程、半导体工业、食品化工以及飞轮储能等领域的应用概况。

最后总结了无轴承电机及其驱动控制的相关技术基础。

关键词:无轴承电机;研究;应用;技术基础中图分类号:T M 35919 文献标志码:A 文章编号:100126848(2010)0720081204R esearch R eview ,App lica tions Sta tus and T echnology Bases of B ea r i n glessM otorsZ HA NG H an 2n i a n 1,LI U H e 2xiang2(1.Sc hool of E lectronic a nd Infor ma tion,Na njing Colle ge of Infor ma tion te chnology ,N anjing 210046,China;2.Sc hool o f E lectric a l Eng i n eering,Southe a st Unive rsit y ,Nanjing 210096,China )Abstr act :The advantages and the basic str uctures of beari n glessmotors were summarized ,moreover ,pres 2ented the deve lopments of research i n deta i.l I n add ition ,the applicati o n fields of bear i n gless motors were discussed,such as b i o logic engi n eer i n g ,se m iconductor industri e s ,f ood che m ical engi n eering ,fly whee l ener gy storage ,and so on .I n the end ,so me re lated technologies of beari n gless motor drives were over 2vie wed .K ey W ords :Bearingless motors ;Research ;Applications ;Technol o gy bases0 引 言20世纪中期以来,在离心机、高速机床等众多场合迫切需要高速及超高速的电力传动。

无轴电机原理
无轴电机是一种新型的电机，它没有传统电机的转轴，而是将转子悬浮在磁力场中旋转，从而实现转子的转动。

无轴电机采用了磁悬浮和磁轴承技术，可以实现高速、低噪音和高效率的转动，广泛应用于风力发电、航空航天、医疗器械和科学实验等领域。

无轴电机的工作原理是利用磁力场将转子悬浮起来，使其可以自由旋转。

无轴电机通过电磁线圈产生电流，产生磁力场，磁力场可以使永磁体上的磁场对转子产生拉力，从而使转子悬浮。

当电流通过线圈时，磁场会随电流的变化而变化，从而改变转子的位置。

由于磁轴承技术的应用，使得无轴电机运转时不需要传统电机的轴承，同时也避免了轴承磨损和润滑等问题。

因此，无轴电机是一种高效、低噪声和低维护成本的电机，有着广泛的应用前景。

薄片型永磁无轴承电机浙江大学电气工程学院电机及其控制研究所2007-6-4目录一．概述 (3)二．悬浮工作原理 (4)●径向悬浮力 (4)●轴向和扭转方向悬浮力 (6)三．电机的基本结构 (7)●定子结构 (7)●转矩绕组 (7)●转子结构 (8)●悬浮绕组 (8)四.控制系统 (9)●硬件系统 (9)●软件系统 (9)一．概述20世纪末期，为满足科技进步和生产过程对高速、超高速（上万至数万转/分）电力驱动装备的需求，一种集驱动与悬浮功能于一体的无轴承电机应运而生。

它利用电磁轴承和电机结构上的某些相似性，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，使电机转子同时具有驱动机械负载的旋转和自悬浮支撑能力。

由于无需独立的径向磁轴承支撑，无轴承电机结构更加紧凑，其临界转速、转轴刚度、空间利用率以及电磁效率等均有很大提高，从而为高速及大容量机电能量转换和机械储能装备提供了全新的解决方案与途径，在高速高精度机床驱动，涡轮分子泵，高速离心机、压缩机，分布式电源系统中的高速涡轮发电机及飞轮储能（机电电池）应用等领域具有非常广阔的应用前景。

薄片型无轴承电机是1998年由瑞士学者Barletta等人提出，是一种具有五自由度全悬浮功能的电机结构。

电机本体与普通无轴承电机相类似，但轴向长度相对于转子外径较短，呈薄片型，如图1所示。

这种电机一方面利用无轴承技术实现转子径向主动悬浮控制，另一方面利用磁阻力效应实现转子轴向和扭转方向上的被动悬浮。

由于永磁无轴承电机气隙磁场由永磁体建立，无需定子转矩绕组电流提供励磁，与感应型和磁阻型无轴承电机相比，其体积和重量较小，损耗小，且功率因数高、效率高、控制方便，因此薄片型无轴承电机通常采用永磁无轴承电机结构。

图1 薄片型无轴承电机结构图薄片型无轴承电机的特殊结构易于实现定、转子的完全隔离，再加上无磨损、低噪声等特点，在泵用及高效超洁净驱动领域应用优势明显。

薄片型永磁无轴承电机及其集成化离心泵系统结构如图2所示，该离心泵具有以下优点：(1)电机转子与泵体可实现集成化结构设计，泵体结构简单，成本低；(2)结构紧凑，轴向长度短，临界转速高，便于微型化；(3)泵体旋转部分与外界完全隔离，无机械磨损，不存在润滑和密封问题，可靠性高；(4)系统效率高，可通过电机的矢量控制技术精确控制输送介质的流量和压力，从而满足高效和超洁净驱动（如心脏血液泵）性能的要求；(5)通过对转子悬浮力的控制，能够实时监测液体流速、压力等，具有自监测功能。