扁平结构的永磁轴向磁悬浮反作用飞轮的设计

发布时间：2017-07-27 06:15

  本文关键词：扁平结构的永磁轴向磁悬浮反作用飞轮的设计

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【摘要】：当今,随着卫星技术不断的发展,卫星的功能越来越强大,卫星上的有效载荷对姿控系统也提出了越来越高的要求。由于卫星瞬时视场都较小,为了提高分辨率和地面覆盖率,增大监测范围,要求卫星具有侧摆能力,从而能够进行快速姿态机动。近年来,国内外对于长寿命、高稳定度小卫星的姿态控制系统,优选反作用轮作为执行机构。针对目前姿态控制飞轮电机体积、质量、功耗都较大的问题,本论文对实现飞轮电机扁平化、轻量化、降低功耗进行了研究。论文的主要研究内容包括:飞轮电机的扁平化。将飞轮电机设计为轴向电机,大大减小飞轮电机的轴向长度;并选用双转子单定子结构,定子采用PCB定子结构,更有利于飞轮电机的扁平化,在有效的空间内提高飞轮电机的功率密度。另外,结合有限元仿真对飞轮电机的基本尺寸进行优化。PCB定子结构。将介绍PCB绕组的设计,包括三相绕组的连接方式,绕组线圈的形状、匝数,覆铜的尺寸,PCB板的层数等。分析PCB定子绕组的损耗,建立矩形导线的涡流损耗模型,并计算出理论值。轴向磁悬浮轴承。先介绍轴向磁悬浮轴承的设计,包括刚度和稳定性的验证,对几种永磁轴承结构做对比并确定本文的永磁轴承结构;接下来对选定的磁悬浮轴承结构做受力分析;最后利用Maxwell软件进行有限元仿真分析,对提出的2种磁悬浮轴承结构做仿真分析和对比,并对最终的永磁轴承做径向偏移的仿真分析。将完成驱动电路设计并制作飞轮电机样机。样机的整体尺寸将为?228mm?25mm,质量为1.68 Kg,符合飞轮电机扁平化、轻量化的要求。
【关键词】：反作用飞轮 永磁轴向电机 PCB定子绕组 轴向磁悬浮轴承
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 永磁轴向电机介绍10-11
• 1.3 国内外研究现状11-13
• 1.3.1 反作用飞轮本体的研究现状11-12
• 1.3.2 无铁芯定子绕组损耗的研究现状12-13
• 1.3.3 轴向大面积磁悬浮的研究现状13
• 1.4 论文的主要研究内容13-15
• 第2章 永磁轴向反作用飞轮的设计与计算15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 反作用飞轮本体结构的设计15-18
• 2.2.1 反作用飞轮结构的选择15-17
• 2.2.2 反作用飞轮定子结构的设计17
• 2.2.3 反作用飞轮转子结构的设计17-18
• 2.3 反作用飞轮机械参数的计算18-24
• 2.3.1 转子结构的选择和尺寸的计算18-19
• 2.3.2 磁钢材料的选择19-20
• 2.3.3 磁极尺寸的确定20-22
• 2.3.4 磁极对数的选择22-23
• 2.3.5 极弧系数的选择23-24
• 2.3.6 漏磁域宽度的选择24
• 2.4 电磁分析24-25
• 2.4.1 主磁路的分布特点24-25
• 2.4.2 漏磁路的分布特点25
• 2.5 飞轮电机的设计指标及尺寸的确定25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 PCB定子绕组的设计与分析27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 PCB定子绕组的设计27-32
• 3.2.1 绕组线圈的设计27-29
• 3.2.2 绕组线圈参数的确定29-32
• 3.3 PCB定子绕组线圈的损耗分析32-35
• 3.3.1 绕组线圈的铜损32-33
• 3.3.2 绕组线圈的涡流损耗分析33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 永磁轴向磁悬浮轴承的设计36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 永磁磁悬浮轴承的刚度和稳定性36-37
• 4.3 永磁磁悬浮轴承的结构37-39
• 4.4 永磁磁悬浮轴承的设计39-42
• 4.5 永磁磁悬浮轴承的仿真及分析42-46
• 4.5.1 仿真模型的建立42-43
• 4.5.2 仿真的结果及分析43-46
• 4.6 本章小节46-47
• 第5章 飞轮电机驱动电路与样机测试47-56
• 5.1 引言47
• 5.2 主控制芯片选择47-48
• 5.3 主驱动电路设计48-49
• 5.4 通讯芯片电路设计49-50
• 5.5 电流采样电路设计50
• 5.6 保护电路设计50-51
• 5.6.1 过流保护50
• 5.6.2 过压保护50-51
• 5.7 辅助电源电路设计51-52
• 5.8 样机测试52-55
• 5.8.1 飞轮电机样机52-53
• 5.8.2 样机的升速实验53-54
• 5.8.3 样机的反电动势波形54
• 5.8.4 样机的力矩与损耗仿真结果54-55
• 5.9 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 武俊峰;吴一辉;安静;白越;黎海文;宣明;;姿控飞轮变结构变速积分控制的实现[J];光学精密工程;2010年01期

2 叶全红;李红;韩邦成;;基于iSIGHT的磁悬浮反作用飞轮优化设计[J];宇航学报;2007年06期

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本文编号：580128