矿用永磁直驱电机及其冷却系统设计

发布时间：2017-09-23 08:07

  本文关键词：矿用永磁直驱电机及其冷却系统设计

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【摘要】：在煤矿运输行业,皮带传输机采用低速大扭矩直驱永磁电机取代传统的异步电机加减速机,这种结构提高了效率,缩小了系统整体体积,减低了噪声,是未来发展的方向。同时为提高材料利用率,降低电机生产成本,电机通常具有高电磁负荷。高电磁负荷会加重电机发热,影响电机性能。合理的冷却系统设计能降低电机温升,而准确的温升计算又能指导电机冷却系统的合理设计。本文针对矿用永磁直驱电机的电磁设计、流体场、温度场进行了研究,主要包括以下几方面内容:首先,对电机进行合理的电磁设计。矿用永磁直驱电机要求转矩密度高,大部分时间为轻载运行。根据电机要求和特点确定电机的主要尺寸,磁路结构;通过对比不同极槽配合的性能,选出转矩密度较高的3种极槽配合,再根据电机的实际负载率选出效率较高的极槽配合。其次,对电机进行温度场计算和冷却系统初步设计,初步确定冷却系统类型、参数。制作样机并进行试验,验证了相关计算方法和结果的准确性。通过计算结果和试验数据可知,电机的电磁性能可以进一步改进,提高电机的转矩密度。然后针对已设计制作完成的电机,进行了进一步的改进设计,大幅提高电机的转矩密度,对比了改进后方案和原样机的调速性能,计算了相关电磁参数。通过对改进后方案进行温度场计算,电机尤其是转子和永磁体的发热量明显增加。用解析公式推导出电机冷却水流速跟电机温升之间的关系,做出关系曲线,求出曲线拐点。用有限元法对该曲线分布规律进行验证。另外,研究了同等水流量,不同水道数下驱动损耗,给出了水道个数与电机温升的关系和电机的合理冷却水道数。最后针对性的解决改进后方案转子和永磁体发热严重问题,理论分析了影响对流换热强弱的因素并通过加装散热风刺和开设转子轴径向通风道解决转子发热问题,通过研究不同风刺尺寸对散热效果的影响,得到在风刺宽度不变时,转子和永磁体温度随风刺长度增大而降低;在风刺长度不变时,转子和永磁体的温度随着风刺宽度的增大先降低后升高。在开设轴径向通风道后,在轴向通风道参数不变的情况下,转子和永磁体温度随着径向通风道数量的增大而降低,随着径向通风道截面积增大而降低,永磁体温升分布趋于均匀。
【关键词】：永磁直驱电机 温度场 流体场 通风孔
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD634;TM351
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 低速大转矩永磁电机国内外发展现状10-12
• 1.2.2 电机流体场和温度场计算现状12-15
• 1.2.3 电机冷却系统发展现状15-17
• 1.3 课题的主要研究内容17-19
• 第2章 矿用永磁直驱电机初步设计19-35
• 2.1 电磁方案设计19-24
• 2.1.1 主要尺寸选择19
• 2.1.2 磁路形式的选取19-20
• 2.1.3 极槽配合和分数槽的选取20-24
• 2.2 冷却系统的初步设计与温度场计算24-34
• 2.2.1 冷却系统初步设计24-25
• 2.2.2 不同水冷结构的对比25-26
• 2.2.3 水道参数的选择26-28
• 2.2.4 电机温度场计算28-33
• 2.2.5 样机实验验证33-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第3章 高转矩密度的矿用永磁电机设计35-46
• 3.1 高转矩密度矿用电机的电磁方案改进35-37
• 3.2 改进方案温升计算以及与原方案对比37-38
• 3.3 高转矩密度矿用电机的冷却系统设计38-45
• 3.3.1 电机的最佳冷却水速的分析计算38-42
• 3.3.2 水道个数对电机温升影响的分析计算42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 转子及永磁体散热能力的改善46-59
• 4.1 对流换热的数学描述46-48
• 4.2 带风刺转子模型的建立48
• 4.3 电机的流体场温度场耦合计算分析48-52
• 4.3.1 模型的导入以及网格的划分48
• 4.3.2 模型的仿真计算48-52
• 4.4 对开设转子铁心通风孔的流体场温度场分析52-58
• 4.4.1 通风孔的开设52-55
• 4.4.2 不同径向通风道数量对永磁体散热的影响55-57
• 4.4.3 不同径向通风道截面积对永磁体散热的影响57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 结论59-61
• 参考文献61-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

【参考文献】

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本文编号：904120