[01130688]磁悬浮传动系统理论及应用

传动系统是能源交通、高端制造、生物医学和国防军工等领域重大装备的关键和核心,随着上述领域的快速发展,对传动系统提出了高速、高精、高效率以及真空、洁净、无噪音等高性能要求。目前广泛采用的机械轴承支承的传动系统高速运行存在严重的磨擦、损耗、发热、振动、噪音等问题,效率低、寿命短、需要定期维护和润滑;气浮、液浮轴承支承需要匹配专门的气压、液压系统,结构复杂、体积庞大、效率和可靠性低。如何实现传动系统的体积、效率和可靠性等综合性能的显著提升,是传动领域的研究难点和关键。 本项目历时15年,在国家863计划、国家自然科学基金等10余项国家级项目资助下,突破传统电机仅产生电磁转矩而驱动转子旋转的固有机理,提出了以同时产生电磁转矩和支承悬浮力以实现悬浮与旋转功能于一体的磁悬浮传动系统及其实现方法,发明了多种新型无轴承电机拓扑结构及其非线性控制技术。主要技术发明点如下： 1、深入研究磁阻型、永磁型、异步型和直流型4类不同类型的磁悬浮无轴承电机,较系统地揭示并阐明了磁悬浮传动系统的悬浮支承与能量转换机理;发明了单绕组、双定子、双通道、混合定子、永磁平面等多种磁悬浮电机拓扑结构及设计方法。 2、针对磁悬浮传动系统悬浮运行要求及其多变量、非线性、强耦合特征,提出采用微分几何、自适应逆等非线性控制策略进行动态解耦,发明了悬浮力与旋转力的神经网络与支持向量机逆解耦器构造方法及其模糊PID闭环控制器构造方法。 3、揭示了磁悬浮无轴承电机绕组电流、转子位置（含径向位移）和电感之间的关系,发明了基于动态电感模型、高频小信号注入、相关向量机等位置（含位移）软测量方法,有效提升转子位置检测精度,提高运行可靠性。 4、针对磁悬浮传动系统不同应用场合（如飞轮储能、风力发电等）要求,发明了单自由度、三自由度、薄片转子、轴-径向混合型等多种新型磁轴承结构,并给出了相应的驱动控制策略。 申请发明专利37件,已获授权30件;国内外核心刊物发表论文100余篇,其中SCI、EI论文60余篇。经专家鉴定为：“成果整体研究水平达到同类型电机研究的国际先进水平”。 磁悬浮传动系统具有无摩擦、无磨损、噪声小、寿命长、无需润滑和密封、无油污染、高速度、高精度和动态特性可调等优点,在高速精密数控机床、真空分子泵、汽轮发电机、高速飞轮和航空航天、生命科学领域、特殊液体传输等领域具有广泛的应用前景。项目成果引领并推动了磁悬浮传动技术成为电气传动领域新分支,有力促进了相关行业的科技进步。