夹心转子轴向磁通永磁电机设计

发布时间：2020-06-17 14:38

【摘要】：随着社会的快速发展,人们对能源的需求越来越高。针对油田游梁式抽油机的效率低、维护困难等问题,本文提出用半直驱轴向磁通永磁电机直接替代原系统的三相感应电机、皮带及减速机构。根据现场工作环境和空间,设计了轴向磁通永磁电机。由于电机转矩大,需要增加转子强度,进而要求增加永磁体厚度。针对增加转子强度出现的反电动势过大和永磁体浪费等问题,提出轴向磁通永磁电机采用夹心转子结构。针对夹心转子轴向磁通永磁电机进行以下几方面的研究:首先,查阅轴向磁通永磁电机拓扑结构、气隙磁密计算、温升和损耗的计算方法的相关文献,并查阅关于新型材料在轴向磁通永磁电机中运用的文献。其次,针对油田抽油机用的驱动电机,设计了一台轴向磁通永磁电机。其中,研究了不同槽极配合下电机的性能,运用线圈星形矢量法对电机绕组进行分相设计。计算得到永磁体的厚度,并对转子强度进行计算,调整了轴向磁通永磁电机转子的厚度,即永磁体厚度。运用Ansys Maxwell软件对设计的电机建模仿真,得到电机反电动势、齿槽转矩和负载转矩等电机性能。然后,针对永磁体厚度大带来永磁材料浪费的现象,提出夹心转子结构,原本一块永磁体分为三块,中间那块永磁体用导磁材料代替。用解析法计算气隙磁密与转子夹心厚度的关系,并用有限元法进行验证,得到气隙磁密与转子夹心厚度的关系,得到夹心厚度为10mm时为最优方案。对夹心转子轴向磁通永磁电机建模仿真,其仿真结果符合设计要求。最后,针对永磁体涡流损耗太大,分析了永磁体涡流损耗产生的原理,运用分块的方法减少永磁体涡流损耗。分别对永磁体周向和径向分块进行研究,得到周向分块比径向分块效果更好的结论。周向分为4块的基础上,在径向进行分块,其效果不明显。最终,永磁体采用周向分为4块的方案,对永磁体的涡流进行减少。通过有限元仿真,永磁体采用分块的轴向磁通电机与没有分块的进行比较,永磁体涡流损耗减少了,而负载转矩和反电动势等性能均没有减弱。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM351
【图文】：

云图,转子盘,仿真模型

（a）转子盘模型（b）转子盘模型剖分图图 2.2 转子盘仿真模型Fig. 2.2 Rotor disk simulation model图 2.3 所示转子厚度为 15mm 时的形变云图，图中可以清晰的看到在转是红色其形变为 1.4mm，设计的夹心转子轴向磁通永磁电机气隙为 2.25m

转子,形变,仿真图,厚度

13图 2.3 转子厚度 15mm 形变仿真图Fig. 2.3 Simulation of rotor thickness 15mm deformation

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