凸轮转子式永磁无刷直流电机的电磁性能研究
发布时间：2021-04-10 21:21
与传统的“三段式”液压动力单元相比,电机泵具有体积小、结构紧凑、噪音小﹑无外泄漏﹑效率较高等优点,使其具有重要研究意义和广阔的应用前景。现有的电机泵产品或研究样机均集中在电机和液压泵的一体化“封装”上,即把液压泵在轴向方向或径向方向与电机进行集成,共用一个壳体;对于轴向集成的方式,轴向尺寸依然偏大、集成度不高;对于径向集成的方式,将电机的转子内部掏空来安装液压泵,会影响到电机转子的磁路和电机的性能。将凸轮转子式叶片泵的转子设计为电机的转子,将定子与电机的定子结合,当电机输出转矩的同时,叶片泵的功能也会实现,这种结构型式的电机泵在不显著影响和改变电机转子的磁路布置基础上,可以实现泵和电机在轴向和径向方向的高度融合。本文以两段式凸轮转子结构的电机为研究对象,将现有的永磁无刷直流电机的转子加工成两段凸轮状,两段相位差90度,由于转子转动时,定、转子间的气隙大小一直变化会对电机的性能产生影响,因此研究凸轮转子电机与均匀气隙电机之间的性能差异,从而为凸轮转子液压电机泵研发奠定基础。论文的主要工作包括:（1）对凸轮转子电机结构的来源及应用背景进行介绍;对凸轮转子电机的凸轮转子结构及其过渡曲线方程进...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Vickers 公司的 IPM
??缁?镁哂刑寤?⒔峁菇舸铡⒃胍粜々p无外泄漏﹑效率较高等优点，使其具有重要研究意义和广阔的应用前景。近些年，国内外公司及科研机构对液压电机泵在轴向集成与径向集成两种结构形式上的研究和应用做了很多的工作。轴向集成的电机泵中比较典型的是1994年，美国Vickers公司与1994年开发的IPM(IntegratedMotorPump)[1-4]，见图1.1，IPM的结构是将电机与泵轴对接在一起，并将其封装于一个封闭壳体中，可以直接防止液压油外泄漏，但缺点是轴向尺寸依然较大；另外，日本油研公司在2004年研发了一种液压电机轴向柱塞泵[5]，见图1.2，其电机轴的轴向方向同时装有电机转子与轴向柱塞泵，并共同封装于同一个壳体中，体积相比于传统三段式的电机泵缩小了50%[6]。图1.1Vickers公司的IPM图1.2液压电机轴向柱塞泵径向集成的电机泵中比较典型的是德国VOITH公司于2005年研制出一种内啮合齿轮泵与电机集成的液压电机泵[7-8]，见图1.3，体积比常规电动机－齿轮泵液压动力单元减少50%，其噪声降低非常显著，16台内啮合齿轮电机泵的噪声仅和1台常规的电动机－齿轮泵液压动力单元的噪声相当。另外，2006年，兰州理工大学的冀宏和他的科研团队对叶片式液压电机泵做了深入的研究并对样机试制，而且在2007年申请了发明专利[9]，这种液压电机泵将三相异步电机与液压叶片泵进行径向集成[10]，见图1.4，他们对样机进行试验后得到，叶片式液压电机
凸轮转子式永磁无刷直流电机的电磁性能研究2泵的体积比传统三段式的电机泵组在体积是缩小50%，轴向尺寸减小了61%，噪声降低了7dB[11]。由以上分析可见，现有的电机泵产品或研究样机均集中在电机和液压泵的一体化“封装”上，即把液压泵在轴向方向或径向方向与电机进行集成，共用一个壳体；对于轴向集成的方式，轴向尺寸依然偏大、集成度不高；对于径向集成的方式，将电机的转子内部掏空来安装液压泵，会影响到电机转子的磁路，进而影响电机的性能。图1.3VOITH公司的内啮合齿轮电机泵图1.4兰州理工大学液压电机泵凸轮转子叶片泵[12]，见图1.4，其转子由两段凸轮组成，安装时两段相位差90度，并由隔板隔开，定子内圆为圆柱面。如果将凸轮转子式叶片泵的转子同时设计为常规电机的转子，将定子与电机的定子结合，在电机输出转矩的同时，叶片泵的功能也会实现，这种结构型式的叶片式液压电机泵在不影响和改变电机转子的磁路布置基础上，可以实现泵和电机在轴向和径向方向的高度融合，但是目前国内电机市场上并没有上面描述的两段式的凸轮转子结构的电机来作为凸轮转子结构的叶片式液压电机泵的匹配电机，因此对此种结构的电机进行研究。图1.4凸轮转子叶片泵结构简图驱动液压泵最常见的电机为异步电动机，尽管异步电动机具有结构简单、使用寿命较长、工作稳定性好、容易维修的优点，但是异步电动机也有起动转矩较孝启动电流过大、体积大、重量大、不方便调速、效率较低等缺点[13-15]。随着
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电动机损耗分析及温度场计算[J]. 张宸菥,陈立芳,王维民,宾光富. 电气技术. 2017(05)
[2]叶片马达凸轮转子过渡曲线特性分析[J]. 徐川辉,王旭永,陶建峰,张文俊,苗中华. 上海交通大学学报. 2014(01)
[3]稀土永磁电机应用现状与发展[J]. 李绿山,张博利. 机电产品开发与创新. 2013(03)
[4]高速永磁无刷直流电机优化设计[J]. 余莉,刘合祥,胡虔生. 机械制造与自动化. 2009(06)
[5]稀土永磁电机的应用现状及其发展趋势[J]. 朱俊. 中国重型装备. 2008(04)
[6]齿轮泵嫁接电动机[J]. Bernd Schreiber. 现代制造. 2005(20)
[7]应用数值解析结合法计算旋转电机磁场[J]. 章跃进,江建中,屠关镇. 电工技术学报. 2004(01)
[8]异步电机电磁场计算的有限元模型综述[J]. 江建中,傅为农. 电工技术杂志. 1998(01)
[9]永磁同步电机的优化设计[J]. 李群女,邹景祥,张惠泽. 上海电力学院学报. 1994(04)
博士论文
[1]高速电主轴静动态性能分析与实验检测技术[D]. 康辉民.重庆大学 2010
[2]基于电磁场数值计算的永磁电机性能分析方法研究[D]. 刘瑞芳.东南大学 2002
硕士论文
[1]电动汽车用П型双凸极永磁电机设计与分析[D]. 孙延东.江苏大学 2017
[2]纯电动汽车用永磁电机温度场分析[D]. 赵飞.合肥工业大学 2013
[3]基于有限元的永磁无刷直流电机设计与性能分析[D]. 王长春.西南交通大学 2009
[4]永磁直线同步电动机温度场的计算[D]. 黄广霞.河南理工大学 2007
[5]基于Ansoft的电动车驱动用永磁无刷同步电动机的设计[D]. 杨高.重庆大学 2007
[6]笼型实心转子屏蔽电机电磁场有限元分析与计算[D]. 杨通.华中科技大学 2006
本文编号：3130356
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Vickers 公司的 IPM
??缁?镁哂刑寤?⒔峁菇舸铡⒃胍粜々p无外泄漏﹑效率较高等优点，使其具有重要研究意义和广阔的应用前景。近些年，国内外公司及科研机构对液压电机泵在轴向集成与径向集成两种结构形式上的研究和应用做了很多的工作。轴向集成的电机泵中比较典型的是1994年，美国Vickers公司与1994年开发的IPM(IntegratedMotorPump)[1-4]，见图1.1，IPM的结构是将电机与泵轴对接在一起，并将其封装于一个封闭壳体中，可以直接防止液压油外泄漏，但缺点是轴向尺寸依然较大；另外，日本油研公司在2004年研发了一种液压电机轴向柱塞泵[5]，见图1.2，其电机轴的轴向方向同时装有电机转子与轴向柱塞泵，并共同封装于同一个壳体中，体积相比于传统三段式的电机泵缩小了50%[6]。图1.1Vickers公司的IPM图1.2液压电机轴向柱塞泵径向集成的电机泵中比较典型的是德国VOITH公司于2005年研制出一种内啮合齿轮泵与电机集成的液压电机泵[7-8]，见图1.3，体积比常规电动机－齿轮泵液压动力单元减少50%，其噪声降低非常显著，16台内啮合齿轮电机泵的噪声仅和1台常规的电动机－齿轮泵液压动力单元的噪声相当。另外，2006年，兰州理工大学的冀宏和他的科研团队对叶片式液压电机泵做了深入的研究并对样机试制，而且在2007年申请了发明专利[9]，这种液压电机泵将三相异步电机与液压叶片泵进行径向集成[10]，见图1.4，他们对样机进行试验后得到，叶片式液压电机
凸轮转子式永磁无刷直流电机的电磁性能研究2泵的体积比传统三段式的电机泵组在体积是缩小50%，轴向尺寸减小了61%，噪声降低了7dB[11]。由以上分析可见，现有的电机泵产品或研究样机均集中在电机和液压泵的一体化“封装”上，即把液压泵在轴向方向或径向方向与电机进行集成，共用一个壳体；对于轴向集成的方式，轴向尺寸依然偏大、集成度不高；对于径向集成的方式，将电机的转子内部掏空来安装液压泵，会影响到电机转子的磁路，进而影响电机的性能。图1.3VOITH公司的内啮合齿轮电机泵图1.4兰州理工大学液压电机泵凸轮转子叶片泵[12]，见图1.4，其转子由两段凸轮组成，安装时两段相位差90度，并由隔板隔开，定子内圆为圆柱面。如果将凸轮转子式叶片泵的转子同时设计为常规电机的转子，将定子与电机的定子结合，在电机输出转矩的同时，叶片泵的功能也会实现，这种结构型式的叶片式液压电机泵在不影响和改变电机转子的磁路布置基础上，可以实现泵和电机在轴向和径向方向的高度融合，但是目前国内电机市场上并没有上面描述的两段式的凸轮转子结构的电机来作为凸轮转子结构的叶片式液压电机泵的匹配电机，因此对此种结构的电机进行研究。图1.4凸轮转子叶片泵结构简图驱动液压泵最常见的电机为异步电动机，尽管异步电动机具有结构简单、使用寿命较长、工作稳定性好、容易维修的优点，但是异步电动机也有起动转矩较孝启动电流过大、体积大、重量大、不方便调速、效率较低等缺点[13-15]。随着
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电动机损耗分析及温度场计算[J]. 张宸菥,陈立芳,王维民,宾光富. 电气技术. 2017(05)
[2]叶片马达凸轮转子过渡曲线特性分析[J]. 徐川辉,王旭永,陶建峰,张文俊,苗中华. 上海交通大学学报. 2014(01)
[3]稀土永磁电机应用现状与发展[J]. 李绿山,张博利. 机电产品开发与创新. 2013(03)
[4]高速永磁无刷直流电机优化设计[J]. 余莉,刘合祥,胡虔生. 机械制造与自动化. 2009(06)
[5]稀土永磁电机的应用现状及其发展趋势[J]. 朱俊. 中国重型装备. 2008(04)
[6]齿轮泵嫁接电动机[J]. Bernd Schreiber. 现代制造. 2005(20)
[7]应用数值解析结合法计算旋转电机磁场[J]. 章跃进,江建中,屠关镇. 电工技术学报. 2004(01)
[8]异步电机电磁场计算的有限元模型综述[J]. 江建中,傅为农. 电工技术杂志. 1998(01)
[9]永磁同步电机的优化设计[J]. 李群女,邹景祥,张惠泽. 上海电力学院学报. 1994(04)
博士论文
[1]高速电主轴静动态性能分析与实验检测技术[D]. 康辉民.重庆大学 2010
[2]基于电磁场数值计算的永磁电机性能分析方法研究[D]. 刘瑞芳.东南大学 2002
硕士论文
[1]电动汽车用П型双凸极永磁电机设计与分析[D]. 孙延东.江苏大学 2017
[2]纯电动汽车用永磁电机温度场分析[D]. 赵飞.合肥工业大学 2013
[3]基于有限元的永磁无刷直流电机设计与性能分析[D]. 王长春.西南交通大学 2009
[4]永磁直线同步电动机温度场的计算[D]. 黄广霞.河南理工大学 2007
[5]基于Ansoft的电动车驱动用永磁无刷同步电动机的设计[D]. 杨高.重庆大学 2007
[6]笼型实心转子屏蔽电机电磁场有限元分析与计算[D]. 杨通.华中科技大学 2006
本文编号：3130356
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