本科毕业设计VIP专享VIP免费

轴向分段式外永磁转子爪极电机的电磁设计与性能分析姓名：徐昕专业班级：电气工程及其自动化0901班学号：090301033指导教师：张凤阁（教授）目录课题背景主要研究内容结论与展望1231课题背景爪极电机应用领域：发电机：汽车发电机；小型水力、风力发电系统电动机：调速电机；伺服电机；电力驱动系统国内外主要研究机构：亚琛工业大学、埃斯林根大学、Trimerics公司，悉尼工业大学，上海大学，合肥工业大学，华中理工大学等。爪极电机分类：电励磁爪极电机（按励磁方式）永磁爪极电机（SMC）轴向分段式外永磁转子爪极电机优点：a.功率密度高、转矩密度高；b.省略了电刷滑环和机械变速装置，提高传动效率；c.三相电磁关系相互解耦，便于控制；d.新型软磁复合材料高频高速下抑制涡流损耗，制造成本低。轴流式空气压缩机组:内部结构电机原理及参数2主要研究内容空载静态、动态磁场仿真定子铁耗计算空气摩擦损耗计算定子爪极尺寸标注：运行机理：发电机：转子旋转磁场--感应电动势--单相电流脉振磁场--闭合--同向同速旋转磁场电动机：单相电流脉振磁场--三相旋转磁场--拖动转子励磁磁场电机额定参数及尺寸参数：额定功率5000W转子外径95mm额定电压270V定子外径75mm额定频率1333Hz绕组外径47mm额定转速40000r/min铁心外径40.4mm极数4轴直径20mm电负荷20000A/m转子轭厚度6mm电流密度6A/mm2单段电机长53mm匝数27定子圆环铁心长25mm线径0.85mm爪长20mm气隙长度1mm爪尖宽33mm永磁体长度27mm爪尖厚5.6mm永磁体宽度47mm爪根宽33mm永磁体厚度3mm爪根厚14mm静态磁场分析：磁密分布动态磁场分析：空载反电势0.000.250.500.751.001.251.50Time[ms]-300.00-100.00100.00300.00InducedVoltage(Winding)[V]Maxwell3DDesign1XYPlot1ANSOFTCurveInfoInducedVoltage(Winding)Setup1:Transient爪极极弧系数：0.56爪极极弧系数：0.98爪极极弧系数=爪极宽度/极距爪极极弧系数：0.8动态磁场分析：齿槽转矩转子斜极保证电机结构对称（转子轭长；精车）增加电机极数（高速）0°120°240°0°total定子铁耗计算：传统铁耗计算模型：Bertotti铁耗分离模型：交变磁化等效旋转磁化铁耗计算模型：计算公式：定子剖分图均布取点处理红色——轴向磁密棕色——径向磁密蓝色——切向磁密三维磁密曲线：0.000.250.500.751.001.251.50Time[ms]-0.60-0.40-0.200.000.200.400.60Y1XYPlot8ANSOFTSetup1:Transient0.000.250.500.751.001.251.50Time[ms]-1.25-0.630.000.631.25Y1XYPlot9ANSOFTSetup1:Transient端部法兰盘三方向磁密曲线铁心处三方向磁密曲线损耗数值总损耗150.385750W磁滞损耗124.818961W涡流损耗13.602024W附加损耗11.964764W0.000.250.500.751.001.251.50Time[ms]-0.80-0.300.200.70Y1XYPlot4ANSOFTSetup1:Transient0.000.250.500.751.001.251.50Time[ms]-1.25-0.630.000.631.25Y1XYPlot5ANSOFTSetup1:Transient0.000.250.500.751.001.251.50Time[ms]-1.00-0.500.000.501.00Y1XYPlot6ANSOFTSetup1:Transient0.000.250.500.751.001.251.50Time[ms]-1.25-0.630.000.631.25Y1XYPlot7ANSOFTSetup1:Transient爪极膝部三方向磁密曲线爪极根部三方向磁密曲线爪极中部三方向磁密曲线爪极尖部三方向磁密曲线研究频率f从100Hz增大到2000Hz时，四种损耗值随频率变化规律：总损耗磁滞损耗涡流损耗附加损耗Ansoft定子铁耗仿真：有限元软件铁耗仿真值比三维正交磁化等效旋转磁化铁耗计算模型结果小，可能是因为ansoft计算铁耗时忽略了旋转磁化的影响；这两种计算方法都没有考虑谐波磁场对铁耗的影响，所以实际电机定子铁耗值要大些。0.000.250.500.751.001.251.50Time[ms]0.00125.00250.00375.00CoreLoss[W]Maxwell3DDesign1XYPlot2ANSOFTCurveInfoCoreLossSetup1:Transient空气摩擦损耗计算：旋转圆柱体计算法：总损耗分离法：流体场有限元计算法：流体域模型流体域剖分图Workbench温度场仿真：进口处温度出口处温度转子内表面温度风路热流量分布图4研究结论与展望a.当爪极极弧系数达到一定值，将爪极设计成尖根部同宽，可使电机空载反电势具有方波性；b.爪极电机三段合成齿槽转矩比单段小。可采取转子永磁体斜极、三段定子结构严格对称的方法削弱；c.三维正交磁化等效旋转磁化铁耗计算法比较精确可行。高频高速下电机铁耗太大，拟计划减小永磁体表面积、增加定子绕组匝数，保证电机出力情况下降低定子铁耗；d.流体场有限元空气摩擦损耗计算法比较精确可行。永磁体间温度过高，拟计划添加非导电导磁材料降低其转子轭部磁密、温度及应力。ThankYou！