名师推荐永磁电机设计
油井 永磁无刷直流电机 结构设计
油井永磁无刷直流电机结构设计
永磁无刷直流电机的结构设计是非常复杂的,主要涉及到极对数、定子绕组、转子绕组、定子磁铁、转子磁铁、滑环等部件的设计。
1、极对数:极对数是指永磁无刷直流电机的极数,一般来说,极数越多,电机的功率越大,但是极数越多,电机的制造成本也会更高。
2、定子绕组:定子绕组是指定子磁铁的绕组,它是由铜线绕
制而成,它的绕组方式及绕组数量直接影响电机的性能。
3、转子绕组:转子绕组是指转子磁铁的绕组,它也是由铜线
绕制而成,它的绕组方式及绕组数量也直接影响电机的性能。
4、定子磁铁:定子磁铁是指定子绕组围绕的磁铁,它的磁路
设计直接影响电机的性能。
5、转子磁铁:转子磁铁是指转子绕组围绕的磁铁,它的磁路
设计也直接影响电机的性能。
6、滑环:滑环是指定子磁铁和转子磁铁之间的滑环,它是由
磁性材料制成,它的设计可以改善电机的性能。
电动汽车用永磁同步电机的设计及优化
电动汽车用永磁同步电机的设计及优化下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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永磁电机 设计 书籍
永磁电机设计书籍
《现代永磁电机:理论与设计》是沈阳工业大学特种电机研究所近十几年来从事永磁电机研究和开发的科研成果的整理和总结,阐述了近年来形成的适于运用计算机的永磁电机研究分析方法,以等效磁路解析求解为主,结合电磁场数值计算等现代设计方法。
该书分析了多种基本类型现代永磁电机的运行原理、结构、计算方法和设计特点,并以钕铁硼永磁电机为重点,但其基本内容同样适用于铝镍钴永磁、铁氧体永磁等其他永磁电机。
如果你想了解更多关于永磁电机设计的书籍,可以继续向我提问。
轴向永磁电机的设计方法
轴向永磁电机的设计方法轴向磁通永磁电机的电磁设计J.R. Bumby,R.Martin,M.A Mueller,E.Spooner,N.L.Brown and B.J. Chalmers 摘要:一般,轴向磁通发电机提供了在无槽磁域计算的分析方法。
最基本的构建块是电流片在两片无限渗透的铁表面产生的矢量。
通过对磁体周围的电流和集成磁体的厚度进行建模,可以发现矢量的电势和磁场与永磁体有关。
相比之下,定还有三维有限元的研究结果相比较,发现误差在5%之内。
此外,电动势,磁链和电感的测量已经在两个发电机上进行并且比较了有限元素和分析结果。
分析模型预测的电动势的误差在5%之内。
端绕组的环形电感,气隙和电枢绕组大大增加了总电感量使的解析模型预测的总电感量与测量结果的总电感量相差不到10%。
符号列表A 矢量势 Z 电枢绕组每圈的导体数B 磁通密度,T γ 电枢线圈之间的位移,m rem B 永磁体的漏磁,T 0μ 自由空间磁导率C 运行间隙,m λ 波长m D 平均内径,m p τ 级距E 电动势,V m τ 磁铁宽度H 磁场强度,A/m e σ,m σ 线圈的蔓延,电气或机械弧度 I 电流,A Φ磁通量 WbJ 电流密度,A/m2 ψ 磁链K 线性电流密度,A/mdn K n 倍的谐波分布的因素mag l k , 有效长度比率(见(26)m L 磁体径向长度、m N 谐波数c N 每电枢线圈匝数P 极对数i R 定子铁芯的内半径,mo R 定子铁芯的外半径,mRm 平均铁芯半径,mc t 铁芯厚度,mn u 2p n/λω 线圈宽度的平均半径,ma y 电枢厚度、mYm 磁体厚度,m1Y 电流片的位置2Y 转子与定子铁芯表面的距离eff Y 2 有效空隙1 引言广泛的可适用性和减少成本的高剩磁,钕铁硼永久磁铁使轴向电机替代了低收入和中等功率电动机和发电机的应用程序。
在许多情况下,特定转矩的轴向磁通电机比其径向磁通的更好【1,2】,而其几何尺寸可能会更与一般比例机械相容,无论是驱动或者是被电机驱动。
看看这三款永磁电机设计大师设计的永磁电机,对你有什么启发?
看看这三款永磁电机设计大师设计的永磁电机,对你有什么启发?王沈河的永磁电机王沈河设计并制造了一台五千瓦的发电机。
这台发电机不用燃料,而用永磁驱动,它使用悬浮在液体中的磁性颗粒,设计图如下所示。
电机转子有四个臂,坐落在一个有磁性颗粒的胶状悬浮液的浅碗中。
这是该电机的一项专利,但不是英文的,也没有披露主要的数据。
配置永久磁铁的方式使其向单一方向提供持续力是不容易的,因为往往某个点的吸力与斥力平衡而产生一个点,使转子粘滞在这个点上。
有许多方法可以避免发生这种情况。
可以通过偏移它穿过软铁组件来修改磁场。
这部机器设计的要点应该是找准定子磁块磁力线的边沿,转子将像刀一样切向定子磁力线弧的近顶部位置,然后推斥离开。
有一点像往水中打石子那样的弹跳效果。
照此图看应该是有四个离开(两个正要离开位置推力大,两个已经处于最远位置几乎没力了,每个还剩1/4左右力),两个处于硬顶入位置。
配置永久磁铁的方式使其向单一方向提供持续力是不容易的,因为往往某个点的吸力与斥力平衡而产生一个点,使转子粘滞在这个点上。
有许多方法可以避免发生这种情况。
可以通过偏移它穿过软铁组件来修改磁场。
约翰·爱克林的磁屏蔽发电机1974年3月29日约翰·W·爱克林(John W Ecklin)被授予一项美国专利,号码3,879,622。
这是一份磁/电发电机的专利,其输出大于运行时必要的输入。
它有两种运行风格。
第一个的主要图示如下:这里,很聪明地用了一台小型低功率电机来转动磁屏蔽,以阻隔两个磁体的拉力,这导致磁场波动,用以旋转发电机的传动。
在上图中,电机在“A”点转动着轴而屏蔽条在点“B”点。
当这些矩形的高导磁合金条与磁体端点成一直线时,为磁力线形成一个非常好的传导路径,并有效地关闭在“C”点区域的磁体拉力。
在“C”点,当右边磁体被屏蔽时,左边磁体不被屏蔽,弹簧加载的行走机构被拉向左边。
这种摆动通过机械连接到点“D”,使之转动用于给发电机提供动力。
永磁电机技术及设计(精华版PPT)
一览众咨询将陆续发布《新能源汽车、智能汽车产业链深度调研报告》。企业深度报告针对零部件细分市场,包括动力电池、高压系统、 电机及驱动系统、充电环节、智能汽车、汽车电子元器件等领域。
车载充电机 汽车电子控制单元(ECU) 电动汽车动力电池冷却器 电动制动真空泵 氢燃料电池汽车 电动汽车无线充电 新能源汽车用空调 新能源汽车电机 新能源汽车电机驱动系统 48V汽车系统 充电设施 动力电池 新能源汽车BMS 电机控制器 新能源汽车整车控制器VCU 新能源汽车DC/DC转换器 电动汽车高压继电器 电动汽车高压熔断器 新能源汽车高压连接器 动力电池回收市场调研 电动汽车高压配电箱 汽车启停电池市场调研报告 无人驾驶汽车 低速(微型)电动车
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永磁电机技术及设计(精华
采用异步电动机主要部件设计超高效稀土永磁电机的基本方法
技术挑战:如何提高稀土永磁电机的效率、降低成本、提高可靠性等是当前面临的主要技术 挑战。
材料挑战:稀土资源有限,如何寻找替代材料或提高材料的利用率是当前面临的主要材料挑 战。
环保挑战:稀土永磁电机在生产过程中会产生一定的污染,如何降低污染、实现绿色制造是 当前面临的主要环保挑战。
材料选择:选择具有高磁导率、低损耗的稀土永磁材料 结构设计:设计合理的定子结构,保证磁场均匀分布 绕组设计:设计合理的绕组结构,保证绕组与磁场的耦合 散热设计:设计合理的散热结构,保证定子温度在合理范围内
转子的设计
转子材料:稀土永磁材料 转子结构:圆柱形、环形等 转子尺寸:根据电机功率和转速确定 转子磁极:根据电机性能要求设计磁极形状和数量 转子绕组:根据电机控制方式和性能要求设计绕组结构和参数 转子散热:考虑电机运行温度和散热方式,设计合理的散热结构
05 应用与发展趋势
稀土永磁电机在各领域的应用
汽车领域: 用于电动 汽车、混 合动力汽 车等
家电领域: 用于空调、 冰箱、洗 衣机等
ห้องสมุดไป่ตู้
工业领域: 用于风机、 泵、压缩 机等
医疗领域: 用于医疗 设备、医 疗器械等
航空航天 领域:用 于卫星、 火箭、飞 机等
军事领域: 用于武器 装备、军 事通信等
稀土永磁电机的发展趋势与挑战
稀土永磁电机的基本 设计方法
,a click to unlimited possibilities
汇报人:
目录 /目录
01
稀土永磁电机 的原理
02
主要部件的设 计
03
超高效的设计 方法
哈工大贵献国博士-高速无槽永磁电机设计要点
空载仿真结果
气隙磁密分布
转子轭磁密分布
定子轭磁密分布
13
© 2017 ANSYS, Inc.
July 31, 2017
ANSYS UGM 2017
空载反电势
额定负载仿真结果
负载气隙磁密分布
负载定子轭磁密分布
负载转子轭磁密分布
14
© 2017 ANSYS, Inc.
July 31, 2017
ANSYS UGM 2017
• 高速无槽永磁电机的发展 • 无槽电机的技术特点 • 无槽无刷直流电机的设计 • 无槽正弦波永磁电机的设计 • 实验平台与测试结果 • 高速无槽永磁电机的制造工艺 • 低压微小型伺服驱动器设计
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© 2017 ANSYS, Inc.
July 31, 2017
ANSYS UGM 2017
微小型伺服驱动器一
-0.1 -0.12 -0.14 -0.16 -0.18
-0.2 0
转矩
-0.15 -0.1505
-0.151
-0.1515
-0.152
-0.1525
1
2
3
4
5
6
Time (s)
-3
x 10
额定负载转矩波形
-0.153 0
1
2
3
4
Time (s)
转矩波动
5
6
-3
x 10
19
© 2017 ANSYS, Inc.
汇报内容
• 高速无槽永磁电机的发展 • 无槽电机的技术特点 • 无槽无刷直流电机的设计 • 无槽正弦波永磁电机的设计 • 实验平台与测试结果 • 高速无槽永磁电机的制造工艺 • 低压微小型伺服驱动器设计
永磁同步电动机设计关键技术
永磁同步电动机设计关键技术摘要:与传统的电励磁电机相比,永磁同步电动机结构更加简单、运行可靠性更强、机体的尺寸体积更小、产品质量更轻、损耗小、机械效率更高。
同时,电机的形状和尺寸也可以灵活多变,适应于各种安装场所。
因此,永磁同步电动机凭借上述性能优势,作为近十几年内的新型电机已经在电梯驱动领域得到了广泛应用。
关键词:永磁同步电动机;恒压比;矢量控制1永磁同步电动机控制方法简述永磁同步电动机控制方法主要采用变频调速方法。
电动机的变频调速系统主要控制形式分为开环控制和闭环控制。
比较2种控制方式,因永磁同步电动机在开环控制方式下无法将电机转子位置信号和电机运行的实际速度信号作为实时反馈信号,易出现电机运行失步和突然停车等问题,从而造成永磁同步电动机退磁故障,所以开环控制的变频调速系统并不适用于永磁同步电动机。
为精确得到电机的转子位置信息和电机运行速度信息,实现永磁同步电动机的闭环控制,目前主要采用的方法是在电机的转轴上安装高精度的传感器。
其中,电梯行业常见的传感器主要为光电编码器来检测电机的转子位置信息和电机转速。
DTC控制方法是继矢量控制方法之后发展起来的又一种高动态性能的交流电动机变压变频调速方法。
永磁同步电动机的DTC控制方法是基于异步电动机DCT控制基础之上,逐步推广到弱磁控制和同步电动机控制中的。
直接转矩控制与矢量控制技术相比,不需要旋转坐标系变换,也不需要对定子电流的磁场分量和转矩分量进行闭环控制,同时也不需要脉宽调制单元,但该控制技术稳态转矩脉动较大,暂时不适用于电梯转矩平稳度要求较高的电梯主机控制领域,但若突破这一难题后,DTC控制技术将是电梯领域永磁同步主机控制技术的未来发展方向。
2永磁同步电动机矢量控制方法基于上述对永磁同步电动机控制方法的简述,本文对常用的矢量控制方法进一步研究。
目前,永磁同步电动机矢量控制系统主要采用的控制系统结构利用转速外环中的速度自动调节器(ASR)提供iq需要的指令值,同时根据电动机的弱磁程度提供id需要的指令值。
5_5kW永磁调速同步电动机的设计与分析
第27卷第5期贵州大学学报(自然科学版)V o.l27N o.5 2010年 10月Journa l o f G uizhou U n i ve rsity(N atura l Sc i ences)O ct.2010文章编号 1000-5269(2010)05-0051-055.5k W永磁调速同步电动机的设计与分析吴亚麟*(福州职业技术学院技术工程系,福建福州350108)摘 要:永磁同步电动机气隙磁场是由永磁体提供的,无需励磁电流,采用闭环矢量控制策略有效地提高了永磁同步电动机变频调速的动态性能,本文介绍5.5k W稀土永磁调速同步电动机的设计和样机测试,分析调速性能和经济指标。
关键词:稀土永磁同步电动机;矢量控制;调速;动态性能;经济指标中图分类号:TM351 文献标识码:A电机的气隙磁场是实现机电能量转换的载体,稀土永磁同步电动机的气隙磁场是由永磁体提供的,无需励磁电流和励磁损耗,同步转速运行转子方不产生铜耗和铁耗,效率和功率因数高于异步电动机3%-10%。
上世纪九十年代中期,我们课题组成功地研制了油田抽油机配套的XYT系列异步自启动稀土永磁同步电动机,并分别送到胜利、辽河、大港、冀东、延安等国内各大油田,由当地油田节能监测站主持进行与Y系列异步电动机现场比较实测,在同一工况条件下实测结果是稀土永磁同步电动机相对于Y系列电动机综合节电率达15% -30%左右,而且在中、轻载运行时,稀土永磁同步电动机仍具有较高的效率和功率因数特点,解决了抽油机配用异步电动机出现大马拉小车!而造成能源浪费的现象。
该项目于2002年通过福建省级科技成果鉴定(闽科鉴字[2002]第32号),近年来大批量生产投放在各油田推广应用。
电动机及其驱动系统的耗电量约占工业用电总量的三分之二左右,2006年国际电工委员会I E C 制定了I E C60034-30电动机新标准,其目的在于淘汰低效率电动机,开发与应用高效率和超高效率电动机,美国在NE MA高效电机的基础上又制定了新NE MA高效标准,把效率指标再提高2%-3%,在我国十一五!规划的节能工程中涉及到更新和淘汰低效率电动机及高耗电设备,推广高效节能电动机、稀土永磁电动机、高效传动系统等,所以开发高效节能稀土永磁电动机具有实际工程应用的意义。
浅谈永磁电机的设计要点 孙宝进
浅谈永磁电机的设计要点孙宝进摘要:永磁电机在设计过程中,大都选择稀土类的钕铁硼永磁体作为励磁磁场,以此减少线绕式的励磁场使用过程中出现的铜耗现象,避免在设计过程中应用滑环或者碳刷等部件,能够最大程度上减少永磁电机的体积,提升永磁电机的工作效率,节约空间,提升功率密度,所以当前永磁电机已经代替了传统的绕线式的励磁磁场电机,并且已经逐渐取代了异步电机和变频调速电机。
关键词:永磁电机;设计要点;电磁近年来,伴随着电动汽车的快速发展,作为电动汽车的核心驱动部件——永磁同步电机也因此受到重视。
同时,随着对节能减排要求的逐步提高,提升控制器的效率对永磁同步电机的工程应用至关重要。
同样的,在提升效率的同时也需要保证电机的控制性能。
因此,本文以永磁同步电机为研究对象,通过对永磁同步电机本体模型的分析以及现有控制方法的研究,提出了一种永磁同步电机控制方法,并证明了方法的有效性。
1常见的电机类型(1)直流电机。
直流电机是最容易控制的电机类型,由于直流电机主要由线性的励磁和电枢电流组成,所以能够通过直接对励磁和电枢电流进行控制就可以保证电机的转矩与转速。
(2)感应电机。
感应电机使用的安全性较高,且该类型的电机造价比较低,不需要采用电刷进行控制,也不需要定期进行维修,但是这类电机调速性能差,功率因数较低,损耗较高,应用效果并不理想。
(3)开关磁阻电机。
这类电机内部结构较为简单,电机的转子内不设置绕组,温度适应能力较强,造价较低,只是在使用过程中必须依靠相应的外设转子才能够进行传导,对开关进行控制,可见,该类电机控制难度较大,尺寸也会比较大,同时噪音和振动比较大,直接影响该类电机的使用。
(4)永磁无刷电机。
这类电机用电力电子逆变器替换了电刷,极大程度上降低了电机的磨损程度,减少了维护成本,提升了应用安全性能,且该电机在使用过程中的功率密度比较大,使用效率较高,体积也比较小,所以该类电机被广泛应用于电动汽车上,但是由于该类电机必须采用永磁体进行制作,所需造价较高,一旦温度较高,将直接导致永磁体出现退磁现象。
低速永磁同步发电机的优化设计及特性分析
2、效率:提高发电机的效率是降低成本的关键。在设计中,应机械损耗、电 气损耗等因素,采取相应措施降低损耗。
3、噪声:大型低速永磁风力发电机运行过程中产生的噪声符合相关标准。 为降低噪声,可采取多种措施,如优化结构设计、选用低噪声材料等。
五、实验验证
为验证大型低速永磁风力发电机的性能,可通过实验测试其输出功率、效率、 噪声等指标。实验中,应模拟实际运行环境,对发电机组进行不同风速下的性 能测试,以检验其性能和稳定性。同时,应对实验数据进行记录和分析,以便 对设计方案进行优化改进。
实验结果显示,在额定风速范围内,大型低速永磁风力发电机组能够达到较高 的输出功率和效率,同时具有较低的噪声。实验结果还表明,该设计方案具有 较高的可靠性和稳定性,能够满足实际运行要求。
六、结论
本次演示对大型低速永磁风力发电机的设计进行了详细研究,包括其工作原理、 结构特点、设计方案、性能分析及实验验证等方面。通过本研究,我们得出以 下结论:大型低速永磁风力发电机具有高效、可靠、维护成本低等优点,是一 种具有发展前景的风力发电技术。
4、维护特性
低速永磁同步发电机的维护特性是其重要的性能指标之一。通常情况下,由于 采用了高精度、高稳定性的材料和部件,其维护频率较低且维护难度较小。但 在长期运行过程中,仍然需要进行定期的检查和维护工作,以确保其正常运行 和延长使用寿命。
三、结论
低速永磁同步发电机作为一种高效、可靠的发电装置在许多领域都得到了广泛 应用。本次演示从优化设计和特性分析两个角度对其进行了探讨和分析。在优 化设计方面,需要磁路、结构和控制电路等方面的设计和优化;在特性分析方 面,需要其效率、负载、启动和维护等方面的性能指标。通过对其优化设计和 特性分析的深入了解和应用研究,能够进一步推动低速永磁同步发电机的发展 和应用拓展。
永磁电机电磁设计PPT课件
永磁同步电动机电磁设计的主要内容,包括永磁同步电动机的外形尺 寸、槽数和极对数、永磁体材料、绕组类型等。主要外形尺寸又包括定转 子外径,铁心长度,永磁体尺寸,隔磁磁桥尺寸,气隙大小等。根据对电 机磁路分析和经验公式对主要的初步确定电动机的主要参数。
南京理工大学·机械工程学院学院
南京理工大学·机械工程学院学院
选题背景
背景意义
随着社会经济的发展,环境污染与能源问题引起了人们的广泛关注,所以汽车的效率问题迫在眉睫, 且由于汽车要适应各种恶劣的环境,所以对其车体技术、电池以及驱动控制系统有很高的要求,尤其是电 机的驱动系统要求更为菏刻。
因此永磁同步电机这种具有功率密度高、调速范围广、效率高、尺寸小等优点的电动机,在电动汽车及 混合动力汽车中应用前景愈加广阔。
[7] 王晓杰. 电动汽车用永磁同步电机的设计及优化[D]. 华中科技大学, 2016
[8] 梁飞飞. 基于有限元分析的表贴式永磁同步电机齿槽转矩研究[D]. 浙江工业大学,2016.
[9]董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云.高速永磁电机设计与分析技术综述[J].中国电机工程学报,2014,34(27):4640-4653.
01项目成员介绍目录02项目任务内容及分解03背景意义04项目分析及总体设计方案05具体设计方案06项目实施0708预期成果参考文献项目成员介绍项目组成员年级学院专业大四机械工程学院车辆工程姓名职称学院单位电话校内导师教授机械工程学院企业导师任务内容通过三维建模及理论分析设计完成某型汽车用永磁同步电劢机的电磁设计并通过ansys仿真软件进行仿真分析
永磁同步电机的电磁设计
汇报人:徐祖康
南京理工大学·机械工程学院学院
目录
01
永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究-答辩PPT
电枢反应计算
过大
j 合适
性能计算
否
符 合
是
结束
精选课件
12
八 电感的解析计算
本文运用气隙系数k 来考虑齿槽影响,直接运用能量法
求出永磁无刷直流电动机相绕组的电感,给出了具体的电
感计算过程和计算结果。
wm2o
H()2d
和 wm12Laaia2Labiaib12Lbbib2
, MLab12Lsa
精选课件
10
图5 Matlab/Simulink中PMBLDCM仿真建模整体控制框图
精选课件
11
七 本体设计程序
采用磁路分析法设 计了一套永磁无刷直 流电动机的电磁设计 程序
• 总体方案确定
• 转子激磁结构确定
• 磁路设计
• 电路设计和转子位置 传感器设计
开始 输入额定数据
定子设计 转子设计 磁路计算 电路计算
隔离驱动电 路
MOSFET 功 率 主电路
永磁无刷 直流电动
机
过流欠压保
护电路
(IR2精13选0)课件
6
表1 构成硬件电路的主要元器件
器件名
用途
数
量
PIC16F8 接受输入,产生PWM波,与上位机通讯 1 77A
ATF16V 组成解码器。输入为3相位置信号、正反、 1
8B
停机、PWM、保护信号;输出为6只
永磁无刷直流电动机的 设计和仿真研究
答辩人:孙晓霞 指导老师:吴建华教授
精选课件
1
主要内容
• 发展状况和优点 • 控制系统的设计 • 数学模型和仿真模型 • 本体设计程序 • 结果分析 • 绕组电感的解析计算,及三相六状态下两两
页讲解永磁电机设计PPT课件
回复磁 导率
LN10 0.6
LNG13 LNG32
0.7
LNG37 1.2
LNG40 1.2
LNG44 1.25
LNG52 1.25
LNG60 1.3
LNGT7 1.35
0
0.9
6.0 7.0 12.0 12.0 12.5 12.5 13.0 13.5 9
36 0.45 10 48 0.60 12.7 44 0.55 32 48 0.6 36.9 48 0.6 39.8 52 0.65 43.8 56 0.7 51.7 60 0.75 60 145 1.82 70
NdFeB2 80/85M NdFeB2 64/82H NdFeB3 36/94H
(1-10)
第15页/共182页
居里温度:随着温度的升高,磁性能逐步降低,升至某一温度时, 磁化强度消失,该温度称为该永磁材料的居里温度,又称居里点, 符号为 ,单位为K或 。
手册或资料中通常提供的是室温 时的剩余磁感应强度 ,则工 作温度 时的剩余磁感应强度 为
式中, 和 取绝对值。
(1-11)
第17页/共182页
永磁材料在不同工作温度下施加退磁磁场引起的磁 性能变化,称为热稳定性。 (3)化学稳定性是指受酸、碱、氧气和氢气等化学因 素的作用,永磁材料内部或表面化学结构发生变化的情 况。
在生产过程中需采取措施来防止氧化 要在成品表面涂敷保护层,如镀锌、镀镍、电泳等。
第18页/共182页
(4)时间稳定性,通常以一定尺寸形状样品的开路 磁通随时间损失的百分比来表示,叫做时间稳定性, 或叫自然时效。
第23页/共182页
特点:
❖
温度系数小
ห้องสมุดไป่ตู้
211131696_一种最大化平均转矩最小惯性永磁电机设计
设计变量的限制如下:1)磁跨度不得小于100kWh。
为了获得最高的OPR,可以优化以下参数,如磁体形状、槽开口、尖端厚度、齿厚、芯背厚度、相移等。
图1 永磁电机拓扑结构图2 线圈绕组3 电机设计模型3.1 基本值计算首先,在开始建模之前,进行一些计算,以获得以下基本值(见图3)。
在电机设计中选择双层绕组,平衡三相槽绕组的布置如图4所示。
3.2 设计模型设计模型如图5所示,电机设计参数如下:定子轮齿12;电机长度50mm; 定子内径电流20A;定子外径160mm;机械速度 1200rpm;直径20m m;反电动势50V r m s;最小气隙m m;圈数76;槽开口5m m;定子槽12;尖端度1.5m m;极数10;底座厚度4m m;芯背厚度10mm;齿厚度5mm。
完成具有5个磁极和6个插槽的半模型的构建,如图6所示 。
由于电机的惯性随电机转子的气隙和磁体跨度而变化。
通过在转子中设置气隙或通过改变磁体跨度来减少惯性,使转子远离旋转轴,从而减轻转子的部分重量。
气隙的形状和大小决定了惯性,但它们同时影响电机磁路循环,从而影响平均转矩。
气隙的形状通常为三角形、扇形和五边形。
此外,由于磁跨度的增加,磁体的质量和惯性也会增加。
找到一个气隙和磁跨度的相同值,得以在最小惯性前提下实现最大平均转矩。
4 结束语本文首先简要介绍了永磁电机的背景,包括永图3 跨度示意图图5 设计模型图6 建模图4 绕组布置1-2-782023.04.DQGY57PRODVCT AND TECHNIC ‖产品与技术‖景。
然后详细说明了设计条件,并给出了PR和OPR 参数。
接下来设计参数选择是本文的核心部分。
首先,将重点放在转子拓扑上,讨论不同类型的机器拓扑的优缺点,主要关注表贴式和嵌入式永磁电机。
经过比较,决定采用表贴式的电机设计。
之后讨论了不同种类的磁性材料以及软磁性材料和硬磁性材料的特点,并确定本文电机的绕组设计。
最后,计算永磁电机一些基本值,并完成电机模型的构建。
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(1-6)
描述内禀磁感应强度 与磁场强度 关系的曲线
是表征
永磁材料内在磁性能的曲线,称为内禀退磁曲线,简称内禀曲线,
如图2-5所示。
称为内禀矫顽力(A/m)。 反映永磁材料抗去磁能力 的大小,是表征稀土永磁 抗去磁能力强弱的一个重 要参数。
图1-5 内禀退磁曲线及与退磁曲线的关系
内禀退磁曲线的矩形度
现代永磁电机理论与设计
主讲人: 韩雪岩
沈阳工业大学特种电机研究所 2008年1月
第一章 永磁电机的构成材料
永磁材料的性能和选用 铁心材料 导电材料 绝缘材料
一、 永磁材料的性能和选用
(一)、永磁材料磁性能的主要参数 (二)、几种主要永磁材料的基本性能 (三)、永磁材料的选择和应用注意事项
永磁材料在不同工作温度下施加退磁磁场引起的磁 性能变化,称为热稳定性。
(3)化学稳定性是指受酸、碱、氧气和氢气等化学因 素的作用,永磁材料内部或表面化学结构发生变化的情 况。
在生产过程中需采取措施来防止氧化
要在成品表面涂敷保护层,如镀锌、镀镍、电泳等。
(4)时间稳定性,通常以一定尺寸形状样品的开路 磁通随时间损失的百分比来表示,叫做时间稳定性, 或叫自然时效。
理论分析和实践证明,一种永磁材料在工作温度时的 内禀矫顽力 越大,内禀退磁曲线的矩形越好(或者说
越大),则这种永磁材料的磁稳定性越高,即抗外磁 场干扰能力越强。
当 和 大于某定值后,退磁曲线全部为直线,回 复线与退磁曲线重合,在外施退磁磁场强度作用下,永 磁体的工作点在回复线上来回变化,不会造成不可逆退 磁。
图1-2(b) 退磁曲线
磁能积:退磁曲线上任一点的磁通密度与磁场强度的乘积称 为磁能积
图1-3 退磁曲线和磁能积曲线 1,2-退磁曲线 3,4-磁能积曲线
中间某个位置上磁能积为最大值,称为最大磁能积,符号为 单位为J/m3,它也是表征永磁材料磁性能的重要参数。
对于退磁曲线为直线的永磁材料,显然在( 积最大,为
研究表明,它与材料的内禀矫顽力 和永磁体 尺寸比 有关。
对永磁材料而言,在一定温度下随时间的磁通损 失与所经历时间的对数基本上成线性关系。
总结
1、退磁曲线
剩磁密度 矫顽力
最大磁能积
2、回复线
回复磁导率 拐点
3、内禀退磁曲线
内禀磁感应强度 内禀矫顽力
内禀退磁曲线的矩形度
4、稳定性
温度系数 损失率
剩余磁感应强度
剩余磁感应强度,又称剩余磁通 密度,简称剩磁密度 ,单位为T (习惯单位为Gs或G,1Gs=10-4T)。
图1-2(a) 退磁曲线
磁感应强度矫顽力,简称矫顽 力 ,常简写为 ,单位为A/m (习惯单位为Oe,1Oe=1000/ (4 )A/m=79.577A/m 80A/m )。
退磁曲线的特点:永磁体是一个磁源。 为表述方便起见,实用上常取 的绝对值,或者说,把 轴 的正方向改变,负轴改为正轴。
(二)、几种主要永磁材料的基本性能
拐点:有的永磁材料,如部分铁氧体永磁的退磁曲线 的上半部分为直线,当退磁磁场强度超过一定值后, 退磁曲线就急剧下降,开始拐弯的点称为拐点(见图 2-4b)。
大部分稀土永磁的退磁曲
线全部为直线,回复线与退磁 曲线相重合,可以使永磁电机 的磁性能在运行过程中保持稳 定,这是在电机中使用是最理 想的退磁曲线。
这种磁密的不可逆变化将造成电机性能的不稳定,也增加 了永磁电机电磁设计计算的复杂性,因而应该力求避免发生。
回复线的平均斜率与真空磁导率 的比值称为相对回复 磁导率,简称为回复磁导率,符号为 ,简写为 。
(1-2)
式中, 为真空磁导率,又称磁性能常数, =4π×10-7H/m。
特点:退磁曲线上各点的回复线可近似认为是一组平 行线,他们都与退磁曲线上( )处切线相平行。利用 这一近似特性,实际工作中求取不同工作温度、不同工作 状态的回复线就方便得多。
越大,磁性能越稳定。 为内禀退
磁曲线上当
时所对应的退磁磁场强度值(见图1-5)。
4、稳定性
主要包括温度稳定性、磁稳定性、化学稳定性和时间稳定性。
(1)温度稳定性是指永磁体由所处环境温度改变而引起磁性能变 化的程度,如图2-6所示。
图1-6 可逆损失与不可逆损失
磁性能的损失可以分为两部分:
1)可逆损失
2)不可逆损失
不可恢复损失 可恢复损失
1)可逆损失是不可避免的。各种永磁材料的剩余磁感应强度 随温度可逆变化的程度可用温度系数 (%/K)表示。
(1-8)
同样,还常用 可逆变化的程度。
(%/K)表示永磁材料的内禀矫顽力随温度
(1-9)
2)不可逆损失是温度恢复后磁性能不能恢复到原有值的部分。通 常以其损失率 (%)表示。
(一)、永磁材料磁性能的主要参数
1、退磁曲线 2、回复线 3、内禀退磁曲线 4、稳定性
1、退磁曲线
永磁材料用磁滞回线来表示永磁体的磁感应强度随磁场 强度改变的特性,如图2-1所示。
图1-1 饱和磁滞回线
退磁曲线:磁滞回线在第二象限的部分称为退磁曲线, 它是永磁材料的基本特性曲线。
退磁曲线的两个极限位置是表征 永磁材料磁性能的两个重要参数。
(1-10)
居里温度:随着温度的升高,磁性能逐步降低,升至某一温度时, 磁化强度消失,该温度称为该永磁材料的居里温度,又称居里点, 符号为 ,单位为K或 。
手册或资料中通常提供的是室温 时的剩余磁感应强度 ,则工 作温度 时的剩余磁感应强度 为
式中, 和 取绝对值。
(1-11)
(2)磁稳定性是指在施加外磁场条件下永磁体磁性能发 生变化的情况。
图1-4 (b) 回复线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、内禀退磁曲线
磁性材料在外磁场作用下被磁化后产生的内在磁感应强度,称为 内禀磁感应强度 ,又称为磁极化强度 。
(1-3)
式中, 为磁化强度(A/m)
由铁磁学理论可知,在磁性材料中 =+
在均匀的磁性材料中,上式的矢量和可改成代数和
(1-4)
(1-5)
若取绝对值,则式(2-5)可改写成
)处磁能
(1-1)
2、回复线
实际上,永磁电机运行时受到作用的退磁磁场强度 时反复变化的。
Hp外加退磁磁场 —回复线
若HQ<Hp,磁密 沿 作可逆变化
图1-4 (a) 回复线
多次反复后形成一个局部的小回线,称为局部磁滞回线。 由于该回线的上升曲线与下降曲线很接近,可以近似地用一条 直线 来代替,称为回复线。