超調(diào)整永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、永磁無刷直流電機(jī)由于氣隙大,效率高,轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單,適合于超高速運(yùn)行,是特種電機(jī)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),也是超高速精密電主軸理想的驅(qū)動(dòng)部件之一。永磁無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子常采用高性能永磁鐵,設(shè)計(jì)成磁環(huán)或者扇形塊粘貼在轉(zhuǎn)子上,強(qiáng)度低；另外電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子溫升過大,永磁體易于退磁,制約了電機(jī)轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高。本文是在掌握高速永磁無刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上,通過電主軸用永磁直流無刷電機(jī)的主要問題

2、進(jìn)行深入的分析,從電機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電磁設(shè)計(jì)、超高速轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)等方面對(duì)超高速電主軸用電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)開發(fā)的超高速永磁直流無刷電機(jī)的性能進(jìn)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(duì)永磁無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理進(jìn)行了分析。采用傳統(tǒng)的磁路計(jì)算和電磁場(chǎng)有限元相結(jié)合的方法,進(jìn)行了高速永磁電機(jī)的電磁計(jì)算。針對(duì)超高速電機(jī)的損耗過大等關(guān)鍵問題,結(jié)合永磁無刷直

3、流電機(jī)的電磁計(jì)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(jī)本體設(shè)計(jì)方案。
　　 其次,研究了電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)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(shí)產(chǎn)生的巨大拉應(yīng)力作用下而破壞,利用非導(dǎo)磁合金鋼護(hù)套對(duì)永磁體進(jìn)行了保護(hù),保護(hù)套與永磁體之間采用過盈配合?；趶椥粤W(xué)理論和有限元接觸理論建立了高速永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力計(jì)算模型,計(jì)算了永磁體和護(hù)套的接觸應(yīng)力,確定了護(hù)套和永磁體之間的過盈量。根據(jù)電主軸實(shí)際運(yùn)行時(shí)

4、的溫升現(xiàn)象,校核了不同溫度下的永磁體和護(hù)套的強(qiáng)度,從而保證永磁轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行。
　　 第三,對(duì)高速永磁無刷直流電機(jī)內(nèi)的損耗進(jìn)行了分析計(jì)算,采用有限元法研究了槽開口和氣隙長度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響,在空,負(fù)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(huì)增加。由于定轉(zhuǎn)子損耗與磁場(chǎng)波形密切相關(guān),對(duì)比分析了平行充磁和徑向充磁對(duì)高速永磁無刷直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)和電機(jī)損耗的影響,結(jié)果表明:平行充磁優(yōu)于徑向充磁。