电机原理及设计、发展介绍

Bl


l Rm S m
磁化、剩磁、矫顽力、磁滞、饱和；软磁及硬磁材料；
（磁滞、涡流及铁耗）
力：毕-萨电磁力,力矩 能量：输入-铜耗（电）-铁耗=输出 性能指标、关键参数： 电压，电流，稳态、峰值电流 功率，转矩，速度，效率
电机分类
1、按工作电源种类划分 无刷直流电动机 直流电动机 有刷直流电动机 电 动 机 单相电动机 交流电动机 三相电动机 稀土永磁直流电 动机 永磁直流 电动机 铁氧体永磁直流 电动机 铝镍钴永磁直流 电动机 串励直流电动机
恒速电动机
无级恒速电动机 有级变速电动机 无级变速电动机
调速电动机
电磁调速电动机 直流调速电动机 PWM变频调速电动机 开关磁阻调速电动机
电机结构及原理
定子、转子、机座、端盖、风扇 、线盒等 定子： 定子铁心、定子绕组和机座组成； 产生磁场及机械支撑、散热； 转子：
转子铁心、转子绕组和转轴组成；
1. 结合成熟型号，仿真结合实验，分析原理及材料性能
2. 根据材料特点，结合仿真模型，分析、优化设计提升性能
3. 建立设计仿真平台，拓展型号 4. 设计新型结构
磁路组成部分，感应电动势或电流产生电磁转矩； 转轴支撑转子重量，传递转矩，输出机械功率
直流电机：有刷，无刷
交流电机：异步，同步；单相，三相
永磁式直流电机工作原理
原理简单 结构复杂 无耦合 独立控制 效率较低 可靠性差
励磁式直流电机
无刷式：采用电子式换向器代替机械式电刷-换向器
，消除摩擦及接触电势影响，可靠性提高！
异步电动机
原理复杂 结构简单 存在耦合 控制困难 效率较高 可靠性好
同步电动机
相比异 步，采用 双边励磁， 不需要速 度差，可 以实现同 步速。
其他：
设计工作
基本流程：
建模
定子，转子结构、材料及参数 设置边界条件及激励源类型 设定求解方法及计算
边界及激励
计算、求解

后处理分析
分析磁场分布及力等
电磁直流 电动机
并励直流电动机 他励直流电动机 复励直流电动机
2、按结构和工作原理划分 单相异步电动机
直流电动机
感应电动机 电动机 异步电动机 交流换向器电动机 永磁同步电动机
三相异步电动机 罩极异步电动机
单相串励电动机
交直流两用电动机 推斥电动机
同步电动机
磁阻同步电动机
磁滞同步电动机
3.起动与运行方式划分 旋转运动式电动机
直线式音圈电机仿真及优化设计
异步电机：旋转磁场
i A I m cost i I cos( t 120 ) B m i I cos(t 240 ) m C
随着时间的推移，定子三相绕组所产生的合成磁场 是大小不变、转速恒定的旋转磁场。当某相电流达最大， 则定子合成磁场位于该相绕组的轴线上。
电机结构原理及设计介绍
俞军涛
电机概念
电机：以电磁场作为媒介将电能转化为机械能，实现旋转或


直线运动（电动机）；或将机械能转化为电能，给用电负荷 供电（发电机）。 一种典型的机电能量转换装置。其分析和研究涉及电、磁、 力、热以及结构、材料和工艺等多方面。 宏观分析：基于电路和磁路的基础理论，将电路和磁路问题 统一转换为电路问题，多用于电机稳态性能分析。 微观分析：基于有限元方法，结合电磁场方程及边界条件， 求得各个微元的电磁场分布情况，最终得到电机整体运行性 能和结构参数，用于电机设计及稳、动态性能分析。 其他：分析力学，拉格朗日方程，电机矩阵方程。
绪论：基础理论
电：基尔霍夫电流、电压定律，阻感（发热、铜耗及滞后） 磁：磁感应强度、磁通、磁场强度；电生磁（安培环路）； 磁生电（法拉第电磁感应）；磁路欧姆定律，磁导、磁阻、
磁导率；

B dS
S
B H
F Ni
H dl i
L
k
Ni
F Ni Hl
异步电动机
三相对称绕组通以三相对称电流将产生旋转磁场， 60 f n (r / min) 旋转磁场的转速为同步速。 p
1 1
左手定则 产生电磁力
右手定则 感应电势
由于转子转速与同步速之间存在转速差异，异步电动机由此取名。又因 为转子电流是靠定子侧旋转磁场感应产生的，异步电机又称为感应电动机。 负载与转差；转子电流及磁场；耦合及控制
4、按转子的结构划分 鼠笼型异步电动机 电动机
电动机 直线运动式电动机 绕线型异步电动机
5.按用途划分
电动工具用电动机
驱动用电动机
电动机
家电用电动机 通用小型机Байду номын сангаас设备用电动机 步进电动机
控制用电动机
伺服电动机
6、按运转速度划分 低速电动机
齿轮减速电动机
电磁减速电动机 力矩电动机
高速电动机 电动机
爪极同步电动机 有级恒速电动机
指标：效率&性能 参数：转矩-转速、损耗、气隙磁通、电压、电流、效率
项目建立
模型建立
定子
电导率，矫顽力，损耗等
定子绕组及参数
定子绕组类型
转子
转轴
仿真设置及求解
结果分析
问题及发展
材料：铁磁材料：1,磁场强度2,铁耗；超导材料：铜耗 结构及原理：磁场与电场方向，电磁力与运动，耦合问题 驱动电路及控制方法：电路的效率及性能，控制方法的优化 其他：无轴承，多相，特殊结构等