内置式高效永磁同步电机的设计研究

论文摘要

永磁同步电动机具有高效节能、体积小以及良好的变频调速性能等优点,符合国家节能环保的指导方向,有广泛的应用前景。由于不同的极槽配合,不同的永磁体排列结构,直接影响电机的效率,因此对比分析不同转子结构的永磁同步电动机的性能将具有实际的意义。本文主要采用有限元方法,对内置式高效永磁同步电动机进行了系统、深入的研究。首先对铁耗、铜耗和杂散损耗进行了定性分析和定量计算研究,给出了减小这几种损耗的相应措施,同时通过仿真分析研究了硅钢片对铁耗的影响和部分参数对杂散损耗的影响。由于电动机各部分的损耗占电动机总损耗的比例随其功率而变化,因此,为降低损耗提高效率,应针对主要损耗分量采取相应的措施。其次分别选取了两种极槽配合的不同的转子结构,设计并试制了具有相同定子参数的永磁同步电动机,对电机进行了建模和有限元的分析计算,并对两种转子结构电机的性能进行了定量对比和分析。然后,通过综合考虑这些因素,对两种电机以效率为目标进行了优化设计,主要是以铜耗和铁耗之和最小为优化目标,对气隙、永磁体尺寸、齿宽等参数进行了优化,同时把优化后电机的交、直轴电感、空载漏磁系数和转矩波动等主要参数进行了对比和分析,给出了相应的结论。最后,本文将样机的部分测试数据与仿真数据进行比较,验证了本文所采用的电机设计方法的合理性和相关研究结论的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外发展状况
• 1.3 永磁同步电机发展趋势和技术发展状况
• 1.4 永磁同步电动机的研究热点
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 永磁同步电动机损耗研究和分析
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电动机的损耗研究
• 2.2.1 永磁同步电动机的效率描述
• 2.2.2 铜耗的分析及减少铜耗的措施
• 2.2.3 铁心损耗计算方法及硅钢片的影响
• 2.2.4 机械损耗的分析
• 2.2.5 杂散损耗的分析及减小杂耗的措施
• 2.3 本章小结
• 第3章 IPMSM的结构设计与分析研究
• 3.1 引言
• 3.2 永磁同步电机的结构设计
• 3.2.1 极槽数的确定
• 3.2.2 定子绕组
• 3.2.3 转子磁路结构的选用
• 3.3 不同转子结构的性能比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 IPMSM的优化设计和分析
• 4.1 引言
• 4.2 10 极12 槽永磁电机优化设计
• 4.2.1 气隙长度的优化
• 4.2.2 永磁体尺寸的优化
• 4.2.3 齿宽优化
• 4.2.4 优化后电机参数的确定
• 4.3 8 极12 槽电机的优化设计
• 4.3.1 气隙长度的优化
• 4.3.2 磁极半跨距角-极弧系数的影响
• 4.3.3 永磁体尺寸的优化
• 4.3.4 齿宽优化
• 4.3.5 优化后电机参数的确定
• 4.4 优化后两电机模型的对比和分析
• 4.4.1 交、直轴电感参数的分析
• 4.4.2 空载漏磁系数的计算
• 4.4.3 转矩波动的分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验研究及分析
• 5.1 引言
• 5.2 实验样机的研制
• 5.3 样机空载试验
• 5.3.1 空载反电势的测试
• 5.3.2 样机的空载试验测试
• 5.4 样机的负载试验
• 5.5 样机的试验值与仿真值的对比
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢