中型高效永磁同步电动机设计关键技术研究

论文摘要

本课题是国家高技术研究与发展（863）计划“九五”重大项目“钕铁硼电机应用产品开发”（863-Z37-03）的部分内容。本文对中型高效异步起动稀土永磁三相同步电动机设计中存在的关键技术问题进行了深入研究,得出了一些具有重要工程应用价值的成果。 本文的主要研究内容由以下几部分组成: 第一部分对中型高效异步起动永磁同步电动机的转子磁路结构型式进行了深入研究,提出了转子内置“永磁体极限安装量”概念,并推导出了转子磁路结构型式与永磁体安装极限量的关系,解决了由于电机功率大、转子横截面积与电机功率不成比例增加、置放足量永磁体困难的问题;应用三维电磁场有限元法对影响漏磁系数和电抗参数的因素进行了详细分析和计算,得出了转子结构参数对电抗参数和极间漏磁系数影响的关系曲线;对多段式转子结构的轴向漏磁系数进行了计算研究,找出了影响因素并得出了相应的关系曲线;设计出了适于中型异步起动永磁电动机的转子磁路结构。 第二部分对永磁电机转子机械结构设计方法进行了研究,应用非线性接触有限元方法对永磁电机转子铁心强度进行计算分析,避免了常规有限元法在计算有嵌入物体时所作简化带来的计算误差,并得出具有工程应用价值的相应结论。在考虑不平衡磁拉力存在的情况下,应用传递矩阵法计算出转子一阶、二阶和三阶临界转速。 第三部分通过对气隙、转子笼条横截面尺寸、隔磁桥宽度尺寸、转子槽口尺寸以及轴向通风孔面积和位置等参数变化对永磁电机性能的影响进行计算和分析,在转子叠片机械强度达到许用极限、通风孔面积基本满足通风量要求且其位置对凸极率影响最佳的条件下,提出了综合性能较佳的两种中型高效异步起动永磁同步电动机的设计方案。 第四部分对多段式结构永磁电机的永磁体轴向定位方法进行了研究,并制定相关构件的制造工艺。对永磁电机铁心冲剪工艺、通风槽板结构和制造工艺、转子起动笼条与端环结构和制造工艺以及总装配工艺进行全面研究,集成创新了经济适用的中型永磁电机制造和装配工艺。研制了先进、适用的5自由度永磁体安装机械手,并被用于中型永磁电机永磁体装配中,提高了安装效率,避免了永磁体安装过程中安全事故的发生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状与水平
• 1.3 中型异步起动永磁同步电动机研制中需解决的关键技术问题
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 中型永磁同步电动机转子磁路结构和参数计算研究
• 2.1 中型永磁电机转子磁路结构研究
• 2.1.1 永磁电机转子磁路结构分析
• 2.1.2 永磁电机主要参数之间关系
• 2.2 转子结构型式与永磁体安装极限量关系
• 2.2.1 径向和切向转子磁路结构永磁体安装极限量计算
• 2.2.2 混合式转子磁路结构永磁体安装极限量计算
• 2.3 永磁电机空载漏磁系数影响因素分析与计算
• 2.3.1 永磁电机空载漏磁系数的三维有限元分析
• 2.3.2 中型永磁同步电动机极间漏磁系数计算
• 2.3.3 中型永磁同步电动机轴向漏磁系数计算
• 2.4 永磁电机电抗参数影响因素分析与计算
• 2.4.1 永磁电机电枢反应电抗计算
• 2.4.2 中型永磁同步电动机电枢反应电抗分析与计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 中型永磁同步电动机机械结构设计研究
• 3.1 永磁电机转子铁心力学有限元计算
• 3.1.1 非线性接触有限元介绍
• 3.1.2 永磁电机转子非线性接触有限元模型的建立
• 3.1.3 转子铁心叠片力学计算结果分析
• 3.2 电机转子强度和刚度分析计算研究
• 3.2.1 永磁电机转子静挠度及不平衡磁拉力计算
• 3.2.2 永磁电机转子临界转速计算
• 3.3 本章小结
• 第四章 中型永磁同步电动机设计研究
• 4.1 概述
• 4.2 转子磁路设计研究
• 4.2.1 转子磁路结构型式选择
• 4.2.2 转子槽口尺寸和隔磁桥强度设计
• 4.2.3 空载漏磁系数计算
• 4.3 300-4中型异步起动永磁电机设计
• 4.3.1 300-4永磁电机转子结构参数和JS138-4感应电机主要参数
• 4.3.2 气隙长度δ对300-4中型永磁电机性能影响研究
• 4.3.3 300-4中型永磁电机参数确定
• 4.4 1120-4中型永磁电机设计
• 4.4.1 1120-4永磁电机转子结构参数和Y500-4感应电机主要参数
• 4.4.2 1120-4中型永磁电机性能影响因素研究
• 4.4.3 1120-4中型永磁电机参数确定
• 4.5 本章小结
• 第五章 中型永磁电机制造工艺研究及永磁体安装机械手设计
• 5.1 永磁电机转子制造工艺研究
• 5.1.1 转子铁心叠片冲压模具设计研究
• 5.1.2 多段式转子通风槽板设计及转子铁心压装工艺研究
• 5.1.3 永体磁轴向定位方法和转子起动笼制造工艺研究
• 5.2 永磁体安装机械手设计
• 5.2.1 机械手机构分析与综合
• 5.2.2 机械手机构机械设计
• 5.3 永磁电机装配工艺研究
• 5.3.1 中型永磁电机径向静吸力计算
• 5.3.2 中型永磁电机总装工艺研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 中型异步起动永磁同步电动机试验及结果分析
• 6.1 概述
• 6.2 中型异步起动永磁同步电动机试验研究
• 6.2.1 中型异步起动永磁电动机试验时的对拖法
• 6.2.2 中型异步起动永磁同步电动机空载反电动势测定
• 6.3 中型异步起动永磁同步电动机试验结果分析
• 6.3.1 300-4中型永磁电机试验结果分析
• 6.3.2 1120-4中型永磁电机试验结果分析
• 6.3.3 成果鉴定
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢