超調(diào)整永磁無刷直流電機的設(shè)計與分析.pdf

1、永磁無刷直流電機由于氣隙大,效率高,轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單,適合于超高速運行,是特種電機領(lǐng)域研究的熱點,也是超高速精密電主軸理想的驅(qū)動部件之一。永磁無刷直流電機的轉(zhuǎn)子常采用高性能永磁鐵,設(shè)計成磁環(huán)或者扇形塊粘貼在轉(zhuǎn)子上,強度低；另外電機高頻引起的損耗大,轉(zhuǎn)子散熱困難等特有的問題,使得高速永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)子溫升過大,永磁體易于退磁,制約了電機轉(zhuǎn)速的進一步提高。本文是在掌握高速永磁無刷直流電機設(shè)計理論的基礎(chǔ)上,通過電主軸用永磁直流無刷電機的主要問題

2、進行深入的分析,從電機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計、電磁設(shè)計、超高速轉(zhuǎn)子設(shè)計等方面對超高速電主軸用電機進行設(shè)計,并對開發(fā)的超高速永磁直流無刷電機的性能進行了分析。本文的主要研究內(nèi)容包括:
　　 首先,闡述了課題的背景及意義,國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,論文的研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排,接著對永磁無刷直流電機的結(jié)構(gòu)組成和工作原理進行了分析。采用傳統(tǒng)的磁路計算和電磁場有限元相結(jié)合的方法,進行了高速永磁電機的電磁計算。針對超高速電機的損耗過大等關(guān)鍵問題,結(jié)合永磁無刷直

3、流電機的電磁計算方法,給出了一套比較完整的電主軸用內(nèi)裝式超高速永磁無刷直流電機本體設(shè)計方案。
　　 其次,研究了電機轉(zhuǎn)子機械強度,轉(zhuǎn)子采用的是整體磁環(huán)式結(jié)構(gòu),為了防止永磁體在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的巨大拉應(yīng)力作用下而破壞,利用非導磁合金鋼護套對永磁體進行了保護,保護套與永磁體之間采用過盈配合?；趶椥粤W理論和有限元接觸理論建立了高速永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力計算模型,計算了永磁體和護套的接觸應(yīng)力,確定了護套和永磁體之間的過盈量。根據(jù)電主軸實際運行時

4、的溫升現(xiàn)象,校核了不同溫度下的永磁體和護套的強度,從而保證永磁轉(zhuǎn)子的安全運行。
　　 第三,對高速永磁無刷直流電機內(nèi)的損耗進行了分析計算,采用有限元法研究了槽開口和氣隙長度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響,在空,負載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明:隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小,轉(zhuǎn)子損耗都會增加。由于定轉(zhuǎn)子損耗與磁場波形密切相關(guān),對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機氣隙磁場和電機損耗的影響,結(jié)果表明:平行充磁優(yōu)于徑向充磁。