加载用无铁心直线永磁同步电机及其冷却系统的研究

发布时间：2017-09-02 15:32

  本文关键词：加载用无铁心直线永磁同步电机及其冷却系统的研究

  更多相关文章： 无铁心直线永磁同步电机 冷却水套 制动力波动率 制动力密度 温升特性

【摘要】：随着直线电机理论和应用的不断发展,对直线电机的性能提出了更高的标准,准确的测试直线电机的性能变得十分重要,直线电机测试平台因此产生,测试中加载实验是一个重要的环节,加载电机的性能优劣直接影响测试结果的准确性。对于无铁心直线永磁同步电机,本文提出了一种新型冷却结构,在电机初级线圈中间布置冷却水套,冷却水套由不导磁但导电的不磁钢材料制成,并根据冷却水套的安装位置不同,将其分为中间冷却结构电机和两边冷却结构电机。在加载实验中,加载电机提供的制动力分为两部分,一部分是冷却水套中感应产生的与电机运行方向相反的涡流制动力,另一部分是电机三相绕组通电产生的电磁制动力。本文对该电机进行如下几个方面的研究:首先,运用解析方法得到了冷却水套内涡流密度和涡流制动力的解析表达式,用有限元法验证了解析法的正确性。分析了冷却水套参数对涡流制动力的影响,对比了两种不同冷却结构电机的涡流制动力,为后续分析提供了理论基础。其次,对两种采用不同冷却结构的电机分别建立了有限元模型,以制动力波动率和制动力密度为目标,按照从磁场到制动力的优化思路,对电机的主要结构参数进行了优化,按照优化结果加工了一台样机并进行了静态实验,验证了有限元优化方法的正确性。再次,研究了中间冷却结构加载用无铁心直线永磁同步电机的设计方法,推导出电机的主要尺寸关系式,阐述了电机次级部件的设计要点,研究了冷却水套厚度的确定方法及线圈宽度与线圈间距的配合规律,并给出了冷却水套结构强度的优化方法。最后,建立了电机温度场的三维有限元模型,研究了无水冷时和有水冷时的电机温升特性,对短时工作制下的电机温升特性进行了分析,进行了电机的温升特性实验,验证了此种冷却结构的可行性。
【关键词】：无铁心直线永磁同步电机 冷却水套 制动力波动率 制动力密度 温升特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题的背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 ILPMLSM的初级绕组10-11
• 1.2.2 ILPMLSM的次级结构11-12
• 1.3 ILPMLSM关键问题分析12-16
• 1.3.1 ILPMLSM的设计与优化12-13
• 1.3.2 ILPMLSM的冷却系统13-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-18
• 第2章 加载用ILPMLSM涡流制动力的解析分析18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 加载用ILPMLSM的结构和原理18-19
• 2.3 冷却水套中涡流密度的求解19-22
• 2.4 冷却水套中涡流制动力的求解22-29
• 2.4.1 涡流制动力的解析表达式22-25
• 2.4.2 两种初级结构涡流制动力的比较25-26
• 2.4.3 电机尺寸对涡流制动力的影响26-28
• 2.4.4 其他参数对涡流制动力的影响28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 加载用ILPMLSM的优化30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 优化流程及有限元模型的建立30-34
• 3.2.1 优化流程30-33
• 3.2.2 有限元模型的建立33-34
• 3.3 次级参数的优化34-38
• 3.3.1 极距的优化34-36
• 3.3.2 气隙长度的优化36
• 3.3.3 主永磁体宽度系数的优化36-37
• 3.3.4 永磁体厚度的优化37-38
• 3.4 初级参数的优化38-42
• 3.4.1 线圈间距的优化38-39
• 3.4.2 线圈宽度的优化39-40
• 3.4.3 冷却水套厚度的优化40-42
• 3.4.4 冷却水道间距的优化42
• 3.5 加载用ILPMLSM的静态试验42-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 加载用ILPMLSM设计方法的研究47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 主要设计流程47-48
• 4.3 电机主要尺寸的确定48-50
• 4.4 电机次级的设计50-51
• 4.4.1 永磁体阵列的设计50
• 4.4.2 轭板尺寸的确定50-51
• 4.5 电机初级的设计51-57
• 4.5.1 初级绕组的设计51-52
• 4.5.2 水冷系统参数的选取52-55
• 4.5.3 冷却水套结构参数的优化55-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第5章 加载用ILPMLSM温升特性分析58-67
• 5.1 引言58
• 5.2 加载用ILPMLSM的温升计算58-61
• 5.2.1 强制对流换热系数的计算58-59
• 5.2.2 冷却水道压力损失的计算59-60
• 5.2.3 有限元分析流程60-61
• 5.3 电机的温升特性分析61-63
• 5.3.1 无水冷电机和有水冷电机的温升特性对比61-62
• 5.3.2 进出口压力差对温升特性的影响62-63
• 5.4 周期工作制下的热特性分析63-64
• 5.5 电机温升特性实验64-66
• 5.6 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表的论文及其它成果72-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 吴军强;廖敏;王新新;;机床进给系统用直线电机的冷却系统设计[J];机床与液压;2011年15期

2 王振滨;余鹿延;周守国;;直线电机开发及应用研究[J];上海电气技术;2009年01期

3 李义强;周惠兴;;精密伺服用无铁心永磁同步直线电动机研究综述[J];微电机;2008年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘晓;空心式永磁直线伺服电机及其驱动控制系统研究[D];浙江大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 赵斌超;Halbach次级结构无铁心永磁直线同步电机的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

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本文编号：779408