磁悬浮飞轮驱动电机系统设计

磁悬浮飞轮是一种新型的空间飞行器姿态控制执行机构。根据磁悬浮飞轮对驱动系统的要求,本文采用外转子、电枢无铁心结构的永磁无刷直流电机(BLDCM)作为其驱动电机,围绕驱动电机的本体设计、控制系统、损耗和温升等问题,对这种新型结构的永磁无刷直流电机进行了系统研究。 论文根据磁悬浮飞轮对驱动系统的要求,提出磁悬浮飞轮驱动电机采用外转子、电枢无铁心永磁无刷直流电机的特殊结构形式。针对该结构形式的永磁无刷直流电机,给出了它的基本电磁关系,基于磁路法来对其进行了电磁设计,并对电机的气隙磁通密度进行了2维有限元计算分析。 根据磁悬浮飞轮驱动电机的应用要求,基于双闭环调速系统结构,分别设计了传统PID控制器和模糊控制器,并对两种控制器进行了仿真,对比了它们的控制效果。 在分析计算磁悬浮飞轮驱动电机的基本损耗的基础上,建立定子电枢的热路模型,对绕组的涡流损耗和定子电枢各部分温升的情况进行了计算分析。 利用磁悬浮飞轮系统实验平台,对驱动电机进行了升速实验、降速实验和温升实验。实验结果表明:这种特殊结构的永磁无刷直流电机作为磁悬浮飞轮的驱动电机,能够满足飞轮的要求,在卫星等航天器上具有良好的应用前景。