皮带输送机用外转子直驱式永磁电动机的研究

论文摘要

现有机械装置的驱动主要采用异步电动机配合减速机一起使用的方式。但是,减速机及异步电机的低效率,会导致这种使用方式的损耗会非常大。而随着科技的发展,高效节能的直接驱动方式越来越受到广泛地关注。因此,用外转子永磁同步电动机取代异步电机与减速机的组合直接驱动机械装置是十分有意义的。本文利用外转子永磁同步电动机直接驱动机械装置以达到高效节能的目的。这种电机的转子在电机的外部,而定子在内。本文的主要工作如下。分析了外转子永磁同步电动机的结构,总结了外转子永磁同步电动机的主要特点。结合常规永磁电机的原理,提出了一台样机的电磁方案,并详细介绍了设计过程。建立了外转子永磁同步电动机样机的有限元模型,在有限元分析软件ANSOFT中对样机的电磁场进行二维仿真分析,得到样机的空载反电势、磁密波形、磁场分布等结果。对外转子永磁同步电动机齿槽转矩的形成原因进行了分析,列举了几种常用的降低齿槽转矩影响的方法。本论文结合外转子电机的结构特点,采用真分数槽降低齿槽转矩的影响。结果表明,真分数槽可以有效降低齿槽转矩的影响。对永磁体采用整体式结构和轴向分段式结构的涡流损耗分别进行三维分析比对表明,相比于整体式永磁体结构,采用分段式永磁体结构时的永磁体表面涡流损耗会减小,能够降低永磁体由于表面涡流损耗引起的温升,进而使永磁体发生退磁现象的可能性降低,证明了永磁体分段式结构可以有效降低表面涡流损耗。根据外转子电机的一些特点,选用空心轴作为电机的轴。建立外转子永磁同步电动机样机的三维有限元模型,并且在有限元分析软件ABAQUS中对样机的轴和转子壳体分析与仿真了在最大转矩时的位移变形量与机械应力,结果表明了电机轴及转子壳体选取的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 工程意义
• 1.1.3 理论意义
• 1.2 国内外皮带输送机用电机的现状与发展趋势
• 1.2.1 国内外皮带输送机驱动方式的现状及发展趋势
• 1.2.2 国内外永磁同步电动机的现状及发展趋势
• 1.2.3 国内外外转子电动机的现状及发展趋势
• 1.3 本论文研究的主要工作
• 第二章 外转子永磁同步电动机的设计
• 2.1 外转子永磁同步电动机结构特点
• 2.2 外转子永磁同步电动机结构图
• 2.3 基于MATLAB外转子永磁同步电动机电磁设计
• 2.4 定子槽型与槽数的选择
• 2.5 转子与气隙设计
• 2.5.1 转子设计
• 2.5.2 气隙长度选取
• 2.6 永磁体的设计
• 2.6.1 永磁体材料选择
• 2.6.2 转子磁路结构设计
• 2.6.3 永磁体尺寸的设计
• 2.7 磁路计算
• 2.7.1 外转子电机磁路计算特点
• 2.7.2 空载漏磁系数
• 2.7.3 永磁体工作点选取
• 2.7.4 空载反电动势计算
• 第三章 外转子永磁电动机电磁场有限元仿真与分析
• 3.1 外转子永磁电机的电磁场仿真
• 3.2 对齿槽转矩以及涡流损耗的研究与仿真
• 3.2.1 齿槽转矩的产生原因与抑制方法
• 3.2.2 齿槽转矩的仿真
• 3.2.3 涡流损耗的产生原因与抑制方法
• 3.2.4 涡流损耗的三维仿真
• 3.3 本章小结
• 第四章 外转子永磁同步电动机机械强度核算
• 4.1 机械强度校核方法及电机轴的选用
• 4.1.1 机械强度校核方法的选用
• 4.1.2 电机轴的选用
• 4.2 应用一般方法计算电机机械强度
• 4.3 电机三维模型的建立及利用有限元方法分析机械强度
• 4.3.1 电机轴的机械强度仿真
• 4.3.2 外转子壳体的机械强度仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢