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复合永磁同步电机的设计与分析

时间:2017/8/24 9:12:00   来源:本网   添加人:admin

  表1复合永磁同步电机主要电磁参数外转子电机部分盘式电机部分极数定子槽数槽宽槽高绕组型式双层分布式绕组绕组型忒双w分介式绕纽初级绕组匝数仞级绕组匝数槽满率初级叠厚气隙宽度3mm气隙宽度3mm气隙磁密0.6T气隙磁密0.7T总磁动势3269A总磁动势3729A永磁体牌号N35SH永磁体牌号N35SH永磁体厚度10mm永磁体厚度10mm 2.2结构设计转子定子1磁钢1外转子复合永磁同步电机结构示意图复合永磁同步电机三维工程图复合式永磁同步电机由定子(包括一个外转子电机定子和两个盘式电机定子)、转子(由外转f电机转子和两端的盘式电机转盘组成的转子筒)、NdFeB材料的磁钢、主轴和基座等主要部件组成。定子固定在主轴上,主轴为不旋转的心轴,与基座相连接。磁钢粘贴于转子内表面与定子铁心正对的位置上,磁钢之间用不导磁的材料隔,转子通过两端的轴承跨置于主轴上。外转子电机的定子铁心为双面绝缘的硅钢冲片叠装而成,盘式电机的定子铁心由双面绝缘的冷乳硅钢片带料冲制卷绕而成,盘式电枳定子绕组为梨形,在空间呈径向分布。该电机的结构型式示意图如所示。

  由于复合式永磁同步电机由三个独立的电机系统组成,为/使三者能协调运转,旨先,在电机设计上,三者应有同样的永磁极极对数和定f槽数:其次,在结构上,三者的定子槽中心线应对齐,处于定子圆筒的同一径向截面内,相应地,转子上磁钢的中心线也应对齐,也处于同一径向截面内;第三,在绕组接线时,将三个电机的对应槽绕组串联相接,作为一个绕组。以上几点措施,就保证了整个电机能够在同一个输入电源下协调工作。

  从可以看到,整个电机为封闭结构,内部定子上的铁心损耗、绕组损耗产生的大量热量将聚集在内部空间内,仅仅靠转子传导热量散热的效果是很差的。电机在长时间运行后,内部绕组的温升将会很大,这样不仅使绕组电阻增大,电流减小,降低了电机输出的转矩,同时还将使线圈的绝缘程度降低,这些都是应该避免发生的情况,所以电机的散热问题在此显得尤为重要。我们在电机设计时,在电机内设计了风路,主轴中心为中空,可以进风,盘式电机转子上有出风孔,通过强制通风措施,可以解决电机的发热问题。

  是用UG制作的复合式永磁同步电机的三维工程装配图。

  3电机特性分析前面已经提到,复合式永磁同步电机的最大优势就是在同样外形尺寸和体积下'.较单一的外转子式永磁同步电机或盘式永磁同步电机,产生更大的电磁转矩。下面通过有限元软件的分析,来证明这一结由于同样的外径下,外转子式旋转永磁电机较盘式永磁电机有更篼的转矩输出,这点是显而易见的,故我们在此仅对比分析同样外径和宽度下复合式永磁同步电机与单一的外转式永磁同步电机之间的输出转矩。假设我们又设计了一个外转子式永磁同步电机,该电机的外径和宽度与前面己设计的复合式永磁同步电机相同,其主要设计参数同表1中外转子电机部分的参数。表2是这两种电机的主要尺寸参数的对比。

  复合永磁N步电机单一的外转子永磁同步电机电机外径电机宽度外转子定子叠厚外转子定子叠if 190mm(考虑端部)盘式定子叠厚表2同体积F复合永磁同步电机与外转丨'-永磁问步电机的主要儿何参数应用ANSYS有限元分析软件,分别建立了一对极下外转子式永磁电机的二维模型和盘式永磁电机的三维模型,建立的模型如所不。

  a)―对极下外转子式永磁电机二维模型b)―对极下盘式永磁电机三维模型电机有限元分析模型给剖分后的模型施加电流载荷,取每匝线圈额定电流2. 5A,给线圈单元施加面电流密度载荷,计算后得到外转子式永磁电机和盘式永磁电机一对极下的磁通密度分布云图,如所示。

  对于同样外径和宽度下,复合式永磁同步电机与单一的外转子式永磁同步电机输出转矩的计算结果分别如下,相应的几何参数见表2.复合式永磁同步电机的电磁转矩等于定子叠厚为150mm的外转子电机和两个盘式电机电磁转矩之和,即:极对数X外转子电机每对极每单位叠厚的转矩值X定子叠厚+ 2X极对数X盘式电机每对极单一的外转子式永磁同步电机的定子叠厚可达到190mm,其电磁转矩为:极对数X外转子电机每对极每申。位叠厚的转矩值X定+叠厚=8X578.5X0.19=879Nm.,从以上if算结果可以看出,按表1和表2设U出的复合式永磁少电机产生的电磁转矩,较同外形尺寸下单一的外转子式永磁同步电机产生的电磁转矩大7. 7%左右。当电机外形尺寸加大后,这一差值将进一步扩大。

  a)外转子式永磁电机-对极的磁密分布b)盘式永磁电机一对极的磁密分布电机磁通密度分布云总结复合式永磁同步电机集成了外转子式永磁电机和盘式永磁电机,提高了电机的功率密度和电磁转矩。此种电机特别适合于运行速度不高、需要大转矩驱动的场合,如油田抽油、电梯驱动和各种提升设备等。浙江大学直线电机与现代驱动研究室根据以上的设计尺寸,制作了一台试验样机。通过试验,证明该电机设计是合理的,达到了预期的设计效果。今后,根据不同的使用场合,配以相应的控制系统,就可以实现该类型电机的工业应用。