混合励磁风力发电机结构设计

论文摘要

在变速恒压状态下运行是某些应用场合对风力发电机组提出的新要求,混合励磁发电机综合了永磁同步电机和电励磁同步电机两者的优点,能够实现变速恒压运行,是一种新型结构的特种电机。本文将针对混合励磁风力发电机的结构设计方法和关键技术进行研究,包括以下几部分内容：首先,介绍了混合励磁风力发电机的结构形式和工作原理,采用电机结构设计的经典公式、结构力学计算公式以及一些经验数据,根据电磁设计方案中给出的有关结构的尺寸数据,对一台100kW样机进行结构设计。使用Pro/Engineer 4.0软件,采用参数化建模和自顶向下设计技术创建电机的零、部件模型,并通过自动装配技术建立虚拟样机模型,为后面的应力场分析和Por/E软件的二次开发提供基础模型。然后,针对风力发电领域对电机的体积和重量比较敏感的特点,使用Ansys软件对电机机壳(定子背轭)进行应力场分析,绘制机壳厚度与最大变形量、与最大应力、与重量之间的关系曲线,分析结果表明：若机座的刚度足够,其强度和直流励磁的调磁范围通常也能得到满足；使用Pro/E软件对转子支架的两种结构方案(扇形减重孔和辐条支撑)进行应力场分析,总结各尺寸参数对零件重量的影响规律,寻找优化的尺寸参数,确定扇形减重孔方案对直驱式风力发电机更合适。最后,使用VB.net语言结合VB API类库对Pro/E软件进行二次开发,根据电机结构设计的任务特点编制功能性类库和混合励磁风力发电机结构设计程序,用户即使不十分了解机械设计方法和Pro/E软件,也可以进行混合励磁风力发电机的结构设计,并实时得到零、部件的三维实体模型和虚拟样机模型。为弥补Pro/E软件本身不提供公差分析功能的不足,通过自编程序对已输入的尺寸参数和公差信息进行分析,并将分析结果反馈回Pro/E软件,在装配动画中通过颜色和声音反映出来。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外的发展现状
• 1.2.1 混合励磁电机的发展现状
• 1.2.2 电机结构与模块化的发展现状
• 1.2.3 虚拟样机与Pro/E二次开发的发展现状
• 1.3 课题的研究内容
• 第二章 混合励磁风力发电机结构设计与虚拟样机
• 2.1 引言
• 2.2 总体结构设计
• 2.2.1 分段式的定子机座
• 2.2.2 模块化的定子铁心和绕组
• 2.2.3 模块化的转子磁极
• 2.2.4 自顶向下设计技术与自动装配
• 2.3 定子部分的具体设计
• 2.3.1 定子铁心的设计
• 2.3.2 定子机座的设计
• 2.3.3 端盖的设计
• 2.3.4 定子部分分装图
• 2.4 转子部分的具体设计
• 2.4.1 转子冲片设计
• 2.4.2 参数化建模技术
• 2.4.3 转轴的设计与轴承的选用
• 2.4.4 转子支架的设计
• 2.4.5 转子部分分装图
• 2.5 总装图与虚拟装配技术
• 2.6 本章小结
• 第三章 应力场分析与结构方案优选
• 3.1 机座的应力分析研究
• 3.1.1 各种载荷的计算
• 3.1.2 各种载荷同时施加时的应力分析
• 3.1.3 定子背轭厚度不同时的系列分析
• 3.2 转子支架的优化分析与方案优选
• 3.2.1 扇形减重孔方案
• 3.2.2 辐条支撑方案
• 3.3 本章小结
• 第四章 Pro/E软件二次开发与混合励磁风力发电机结构设计程序
• 4.1 引言
• 4.2 功能类库的开发
• 4.2.1 连接管理类
• 4.2.2 模型操作类
• 4.2.3 公差与配合分析类
• 4.3 混合励磁风力发电机结构设计程序
• 4.3.1 主程序
• 4.3.2 电磁设计方案输入模块
• 4.3.3 定子铁心设计模块与参数化建模
• 4.3.4 定子机座设计模块与公差分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢