基于非晶合金材料的混合励磁轴向磁通电机结构与热分析
发布时间：2021-08-07 13:24
非晶合金轴向磁通电机具有结构紧凑、高功率密度及高效率等优点,并且随着全球气候变暖和能源危机等问题日益严重,使得近几年对非晶合金轴向磁通电机的研究越来越多。而且由于非晶合金高频低铁耗特性近年来得到了诸多关注和应用,在取代硅钢片做定子铁心应用于轴向磁通电机中取得良好效果。但是因为非晶合金硬度高、既薄且脆、不易于切割加工,且二次加工对其电磁性能的影响较大,因此在应用于电机制造过程中需特殊考虑其制造工艺性。首先,针对非晶合金材料对机械应力的敏感性,本文对基于非晶合金材料的轴向磁通混合励磁电机的结构进行了设计分析,对比分析了Kaman和Torus两种不同拓扑结构的混合励磁轴向磁通电机结构,主要考虑了磁路结构、定子固定结构、冷却系统及转子磁极结构,并主要对定子铁心、定子固定结构件和转子的机械强度进行了分析计算,验证了本文所设计结构的可靠性。其次,利用有限元法对本课题电机的转子动力学及模态振型进行了分析,分别对转轴的挠度、转子的模态振型进行了计算分析,然后利用转子坎贝尔图分析得到了转子的各阶临界转速并验证了电机转子在运行过程中的安全可靠性。再次,本文先通过对一台已有样机试验验证了温度场分析方法的正确...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LE公司的轴向磁通电机定子铁心加工流程图
沈阳工业大学硕士学位论文2美国莱特公司(LE)在基于非晶合金材料的轴向磁通电机领域的研究属世界一流水平，也是首个将此类电机进行产业化的公司。LE公司从1996年就着手研究利用非晶合金材料制造电机，经过长时间的经验积累，在2003年提出了一种加工非晶带材制作轴向磁通电机定子铁心的方法流程[1]，该流程首先卷绕非晶带材为一定尺寸的环形样，通过先退火、然后浸漆最后固化再通过铣削得到所需的定子铁心，加工过程如图1.1所示。图1.2为该公司生产的典型非晶合金轴向磁通电机拓扑结构。图1.1LE公司的轴向磁通电机定子铁心加工流程图Fig.1.1FlowchartofstatorcoreprocessingofaxialfluxmotorofLEcompany图1.2LE公司非晶合金轴向磁通永磁电机拓扑结构Fig.1.2AmorphousalloyaxialfluxpermanentmagnetmotortopologystructureofLEcompany考虑非晶合金材料磁性能和机械性能对加工的要求，各国学者还研发出了多种加工非晶合金轴向磁通电机定子铁心的方法：文献[2]中利用非定形的金属带或金属片单个构成的零件，经过叠压工艺得到需要的电机定子铁心形状（图1.3），避免了对非晶合金等该类极薄且脆材料的切割冲压工序。图1.3卷绕磁心件及其组合成型铁心Fig.1.3Partsandtheassemblingofcorerolledwithtape文献[3]~[4]提出通过粘合剂将材料固化为适合铣削的块状金属，使其可以经得住铣削设备的机械加工应力，但该类加工方法需要顾及电机运行时粘合剂的物理特性受温度的影响程度。文献[5]~[6]提出一种通过背轭、多个定子齿部及堆叠式相绕组形成的定子结构组件，该结构应用于轴向磁通电机时，可以将冷却系统设计在定子槽内，有利于增加电机的散热效率，但其结构较复杂。
沈阳工业大学硕士学位论文2美国莱特公司(LE)在基于非晶合金材料的轴向磁通电机领域的研究属世界一流水平，也是首个将此类电机进行产业化的公司。LE公司从1996年就着手研究利用非晶合金材料制造电机，经过长时间的经验积累，在2003年提出了一种加工非晶带材制作轴向磁通电机定子铁心的方法流程[1]，该流程首先卷绕非晶带材为一定尺寸的环形样，通过先退火、然后浸漆最后固化再通过铣削得到所需的定子铁心，加工过程如图1.1所示。图1.2为该公司生产的典型非晶合金轴向磁通电机拓扑结构。图1.1LE公司的轴向磁通电机定子铁心加工流程图Fig.1.1FlowchartofstatorcoreprocessingofaxialfluxmotorofLEcompany图1.2LE公司非晶合金轴向磁通永磁电机拓扑结构Fig.1.2AmorphousalloyaxialfluxpermanentmagnetmotortopologystructureofLEcompany考虑非晶合金材料磁性能和机械性能对加工的要求，各国学者还研发出了多种加工非晶合金轴向磁通电机定子铁心的方法：文献[2]中利用非定形的金属带或金属片单个构成的零件，经过叠压工艺得到需要的电机定子铁心形状（图1.3），避免了对非晶合金等该类极薄且脆材料的切割冲压工序。图1.3卷绕磁心件及其组合成型铁心Fig.1.3Partsandtheassemblingofcorerolledwithtape文献[3]~[4]提出通过粘合剂将材料固化为适合铣削的块状金属，使其可以经得住铣削设备的机械加工应力，但该类加工方法需要顾及电机运行时粘合剂的物理特性受温度的影响程度。文献[5]~[6]提出一种通过背轭、多个定子齿部及堆叠式相绕组形成的定子结构组件，该结构应用于轴向磁通电机时，可以将冷却系统设计在定子槽内，有利于增加电机的散热效率，但其结构较复杂。
【参考文献】：
期刊论文
[1]混合动力汽车电机转子动力学分析[J]. 彭卓凯,熊飞,李罡,祁宏钟,魏丹. 微特电机. 2019(03)
[2]盘式交流永磁同步电机温升影响因素研究[J]. 陈起旭,梁得亮,徐俊,曹秉刚. 电机与控制学报. 2018(03)
[3]高频非晶合金轴向磁通永磁电机不同冷却方案温度场分析[J]. 孙明灿,唐任远,韩雪岩,佟文明. 电机与控制学报. 2018(02)
[4]永磁电机温度场的改进有限公式迭代算法[J]. 朱高嘉,朱英浩,朱建国,佟文明,韩雪岩. 电工技术学报. 2017(16)
[5]基于计算流体力学的非晶合金轴向磁通永磁电机冷却系统设计[J]. 韩雪岩,张华伟,徐昕,兰玉华. 电工技术学报. 2017(20)
[6]高频非晶合金轴向磁通永磁电机温度场计算[J]. 孙明灿,唐任远,韩雪岩,佟文明. 电工电能新技术. 2017(06)
[7]磁极分段式高速轴向磁通永磁电机转子强度研究[J]. 佟文明,次元平. 电机与控制学报. 2016(06)
[8]基于PCB绕组的盘式永磁同步电机温度场分析与冷却方式研究[J]. 王晓远,周晨. 中国电机工程学报. 2016(11)
[9]传递矩阵法与有限元法计算电机转子临界转速的对比分析[J]. 朱常兴,王殿友,朱常权,王晓文. 电机与控制应用. 2015(01)
[10]50kW永磁同步电机内流体流动特性数值研究[J]. 丁树业,王海涛,郭保成,邓艳秋. 电机与控制学报. 2014(09)
硕士论文
[1]涡旋压缩机转子动力学特性研究[D]. 苏亚锋.贵州大学 2019
[2]非晶合金在永磁电机中应用的研究[D]. 杨文龙.沈阳工业大学 2014
[3]高速电机转子系统动力学特性分析[D]. 徐爱杰.哈尔滨工业大学 2012
[4]轮毂盘式永磁同步电动机的设计与分析[D]. 陈静.天津大学 2010
[5]汽轮机转子有限元建模及动力学分析[D]. 周亚武.华中科技大学 2009
本文编号：3327875
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LE公司的轴向磁通电机定子铁心加工流程图
沈阳工业大学硕士学位论文2美国莱特公司(LE)在基于非晶合金材料的轴向磁通电机领域的研究属世界一流水平，也是首个将此类电机进行产业化的公司。LE公司从1996年就着手研究利用非晶合金材料制造电机，经过长时间的经验积累，在2003年提出了一种加工非晶带材制作轴向磁通电机定子铁心的方法流程[1]，该流程首先卷绕非晶带材为一定尺寸的环形样，通过先退火、然后浸漆最后固化再通过铣削得到所需的定子铁心，加工过程如图1.1所示。图1.2为该公司生产的典型非晶合金轴向磁通电机拓扑结构。图1.1LE公司的轴向磁通电机定子铁心加工流程图Fig.1.1FlowchartofstatorcoreprocessingofaxialfluxmotorofLEcompany图1.2LE公司非晶合金轴向磁通永磁电机拓扑结构Fig.1.2AmorphousalloyaxialfluxpermanentmagnetmotortopologystructureofLEcompany考虑非晶合金材料磁性能和机械性能对加工的要求，各国学者还研发出了多种加工非晶合金轴向磁通电机定子铁心的方法：文献[2]中利用非定形的金属带或金属片单个构成的零件，经过叠压工艺得到需要的电机定子铁心形状（图1.3），避免了对非晶合金等该类极薄且脆材料的切割冲压工序。图1.3卷绕磁心件及其组合成型铁心Fig.1.3Partsandtheassemblingofcorerolledwithtape文献[3]~[4]提出通过粘合剂将材料固化为适合铣削的块状金属，使其可以经得住铣削设备的机械加工应力，但该类加工方法需要顾及电机运行时粘合剂的物理特性受温度的影响程度。文献[5]~[6]提出一种通过背轭、多个定子齿部及堆叠式相绕组形成的定子结构组件，该结构应用于轴向磁通电机时，可以将冷却系统设计在定子槽内，有利于增加电机的散热效率，但其结构较复杂。
沈阳工业大学硕士学位论文2美国莱特公司(LE)在基于非晶合金材料的轴向磁通电机领域的研究属世界一流水平，也是首个将此类电机进行产业化的公司。LE公司从1996年就着手研究利用非晶合金材料制造电机，经过长时间的经验积累，在2003年提出了一种加工非晶带材制作轴向磁通电机定子铁心的方法流程[1]，该流程首先卷绕非晶带材为一定尺寸的环形样，通过先退火、然后浸漆最后固化再通过铣削得到所需的定子铁心，加工过程如图1.1所示。图1.2为该公司生产的典型非晶合金轴向磁通电机拓扑结构。图1.1LE公司的轴向磁通电机定子铁心加工流程图Fig.1.1FlowchartofstatorcoreprocessingofaxialfluxmotorofLEcompany图1.2LE公司非晶合金轴向磁通永磁电机拓扑结构Fig.1.2AmorphousalloyaxialfluxpermanentmagnetmotortopologystructureofLEcompany考虑非晶合金材料磁性能和机械性能对加工的要求，各国学者还研发出了多种加工非晶合金轴向磁通电机定子铁心的方法：文献[2]中利用非定形的金属带或金属片单个构成的零件，经过叠压工艺得到需要的电机定子铁心形状（图1.3），避免了对非晶合金等该类极薄且脆材料的切割冲压工序。图1.3卷绕磁心件及其组合成型铁心Fig.1.3Partsandtheassemblingofcorerolledwithtape文献[3]~[4]提出通过粘合剂将材料固化为适合铣削的块状金属，使其可以经得住铣削设备的机械加工应力，但该类加工方法需要顾及电机运行时粘合剂的物理特性受温度的影响程度。文献[5]~[6]提出一种通过背轭、多个定子齿部及堆叠式相绕组形成的定子结构组件，该结构应用于轴向磁通电机时，可以将冷却系统设计在定子槽内，有利于增加电机的散热效率，但其结构较复杂。
【参考文献】：
期刊论文
[1]混合动力汽车电机转子动力学分析[J]. 彭卓凯,熊飞,李罡,祁宏钟,魏丹. 微特电机. 2019(03)
[2]盘式交流永磁同步电机温升影响因素研究[J]. 陈起旭,梁得亮,徐俊,曹秉刚. 电机与控制学报. 2018(03)
[3]高频非晶合金轴向磁通永磁电机不同冷却方案温度场分析[J]. 孙明灿,唐任远,韩雪岩,佟文明. 电机与控制学报. 2018(02)
[4]永磁电机温度场的改进有限公式迭代算法[J]. 朱高嘉,朱英浩,朱建国,佟文明,韩雪岩. 电工技术学报. 2017(16)
[5]基于计算流体力学的非晶合金轴向磁通永磁电机冷却系统设计[J]. 韩雪岩,张华伟,徐昕,兰玉华. 电工技术学报. 2017(20)
[6]高频非晶合金轴向磁通永磁电机温度场计算[J]. 孙明灿,唐任远,韩雪岩,佟文明. 电工电能新技术. 2017(06)
[7]磁极分段式高速轴向磁通永磁电机转子强度研究[J]. 佟文明,次元平. 电机与控制学报. 2016(06)
[8]基于PCB绕组的盘式永磁同步电机温度场分析与冷却方式研究[J]. 王晓远,周晨. 中国电机工程学报. 2016(11)
[9]传递矩阵法与有限元法计算电机转子临界转速的对比分析[J]. 朱常兴,王殿友,朱常权,王晓文. 电机与控制应用. 2015(01)
[10]50kW永磁同步电机内流体流动特性数值研究[J]. 丁树业,王海涛,郭保成,邓艳秋. 电机与控制学报. 2014(09)
硕士论文
[1]涡旋压缩机转子动力学特性研究[D]. 苏亚锋.贵州大学 2019
[2]非晶合金在永磁电机中应用的研究[D]. 杨文龙.沈阳工业大学 2014
[3]高速电机转子系统动力学特性分析[D]. 徐爱杰.哈尔滨工业大学 2012
[4]轮毂盘式永磁同步电动机的设计与分析[D]. 陈静.天津大学 2010
[5]汽轮机转子有限元建模及动力学分析[D]. 周亚武.华中科技大学 2009
本文编号：3327875
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