文档介绍
| 随着节能减排要求不断提高,高速高效电机是我国未来电机行业发展的必然趋势。电机高速运行时产生的损耗大、温升高、运行效率低,对电机的工作寿命和运行可靠性的影响很大。本文以超高速微孔钻削电主轴内装式永磁无刷直流电机设计为例,从效率优化角度对高速永磁无刷直流电机样机进行磁热耦合分析与效率优化,探索提高高速永磁无刷直流电机效率的设计理论与方法。论文的主要工作包括：首先,对高速永磁无刷直流电机的结构、工作原理以及特点进行了阐述,分析了超高速电主轴永磁无刷直流电机的设计特点。重点考虑了转子永磁体保护问题,提出了采用非导磁高强度耐高温合金钢包裹在永磁体的外表面,有效的屏蔽了气隙磁场的高次谐波,对降低整个转子的涡流损耗以及散热都非常有利；高速电主轴性能受过盈量影响较大,为满足高速电主轴的设计需要,对电机转子与主轴配合过盈量进行了分析计算。此外采用场路结合有限元方法,对电磁设计中重要参数进行计算,初步拟定了高速永磁无刷直流电机的总体设计方案。其次,建立了高速永磁无刷电机的场路耦合模型,对电机瞬态二维电磁场进行了分析,得到了电机的空载和负载运行时的特性结果；考虑高次谐波和旋转磁化对高速电机定子铁耗的影响,对定子不同部位进行了等效磁密计算,并借助谐波分析计算不同频率下各点的磁密幅值；以Bertotti分立铁耗计算模型为基础分析了交变磁场波形对铁耗的影响,对高速永磁无刷直流电机内的损耗进行了分析计算。根据温度场理论,利用Ansoft与Workbench有限元分析软件搭建了高速永磁无刷直流电机磁热耦合有限元分析模型,对电机定子、转子、永磁体等关键零部件进行了瞬态二维温度场分析。结果表明：定子的温度最高点发生定子齿尖部,电机转子部分温度高于定子铁芯的温度；还研究了不同护套材料和散热方式对电机温升的影响。最后,为了满足超高速电主轴永磁无刷直流电机设计要求,从电机结构设计的角度探讨减少损耗、提高效率的方法。考虑电机绕组线径和定转子铁芯长度等方面来减少定子绕组铜耗,提高电机效率；同时研究了定转子铁芯材料对电机损耗影响。以电机效率为优化目标,采用遗传算法对一台0.6kW、200,000r/min的高速永磁无刷直流电机进行优化设计,有效的降低了电机铁芯损耗,提高了电机的运行效率。 |
文档标签:
其他
