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永磁同步电机设计步骤?电机设计开发流程?

作者:机械网
文章来源:本站

  表贴式永磁同步电机的设计方法,包括以下设计步骤:

  步骤1,确定表贴式永磁同步电机的基本结构参数,包括电机尺寸,极槽配合,结构材料,并优化定子槽口Bs0、槽宽Bs1和槽深Hs2的大小,使用有限元计算的方法使电机满足较好的电磁与机械性能;

  步骤2,确定电机转子永磁体的极弧系数和削角角度α,以此来控制永磁体的形状,得出永磁体最佳的极弧系数和削角角度α的组合,具体的优化策略为使电机的削角角度α从0°开始每隔1°递增,削角角度α逐渐增大的同时,t1、t2的数值随之分别呈现出递增和递减的结果,t1、t2分别为合金护套导条外表面切向宽度和永磁体外表面切向宽度;

  步骤3,根据永磁体优化后得出的极弧系数和削角角度α的形状,将每两块相邻永磁体之间的空隙使用金属导条填满,并将所有导条两端端部使用圆环将其连接为一个整体;要求永磁体和合金护套紧密贴合,在电机在一定转速运行时,合金护套为永磁体提供足够的支撑力,避免永磁体受离心力的作用而损坏;

  步骤4,电机转子合金护套与永磁体紧密配合并安装于转轴上,所设计合金护套为内嵌式,而电机的气隙磁密与气隙长度成反比,较大的气隙长度不利于电机磁密的提升,电机磁密可以表示为下式:

  式中,Fδ为气隙磁动势,Λ为气隙磁导,Kδ为气隙系数,μ0为气隙磁导率;

  步骤5,表贴式永磁电机强度分析可使用材料力学中旋转圆盘和厚壁圆筒理论建立机械稳定方程,为保证护套和永磁体的安全可靠,护套和永磁体所受的最大拉力要小于材料的许用应力,护套和永磁体σSleeve所受拉力σPM、σSleeve表示为:

  σPM=σp+σt1-σc1<[σ1]

  σSleeve=σp+σc2<[σ2]

  式中,σp为永磁体和护套之前的装配应力,由护套过盈装配所致;σt1为永磁体与转子铁芯的拉力,由二者之间的粘合剂所产生;σc1、σc2分别为永磁体和护套受到的离心拉力,由转子转动所致;[σi]为材料的许用应力,σsi为材料的抗拉强度,n为材料安全系数;新型内嵌式合金护套需要使用有限元计算的方法来对护套强度进行分析校验;

  

永磁同步电机设计步骤?电机设计开发流程?

  步骤6,永磁体在高温作用下会产生不可逆退磁,为避免永磁体在运行状态下失磁,需要对转子永磁体的涡流损耗进行控制;

  步骤7,电机的定转子设计完成后,需要对电机的各方面性能进行进一步校验,验证电机是否满足设计要求,如果不满足,需要检查电机参数并返回到步骤2、3、4、5、6重新进行设计。

  进一步,所述步骤2中,经过对永磁体切削角度的优化,当α为12.5度时,空载气隙磁密中的30次谐波和反电势中的3次谐波基本被消除,波形也更接近正弦曲线。

  

永磁同步电机设计步骤?电机设计开发流程?

  进一步,所述步骤2中还包括,永磁体和合金护套的宽度可以通过控制t1和t2的来调节,具体的调节方式为:当增加t1的值时,由于t1与t2的和为一个常数,t2得值随之减小,由此永磁体和护套导条的宽度比例随之发生改变,永磁体和合金护套不同的宽度配合具有不同的电磁和机械性能;同时永磁体的极弧系数可以通过控制t1来调节,不同的极弧系数也可以表现出不同的电机性能。

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