高速永磁电机转子设计与强度分析

文中介绍了高速永磁电机的设计特点，重点论述了永磁材料和转子结构型式的选取、主要尺寸的确定与转子强度的分析和计算方法。目前永磁电机多采用烧结钕铁硼永磁材料，其抗压强度较大而抗拉强度很小，永磁体难以承受转子高速旋转巨大离心力产生的拉应力，必须在永磁体外设置高强度非导磁防护套，采用过盈配合给永磁体施加一定的预压力。文中介绍了采用解析法和数值分析有限元法进行高速永磁电机转子强度分析的实用技术，并给出了对一台额定转速为60000r／min的高速电机永磁转子强度的分析计算结果。     

高速永磁电机设计与分析技术综述

高速永磁电机在航空航天、能源及精密制造等领域具有广阔的应用前景。该文首先介绍了现有文献中的高速永磁电机定转子结构及其所使用的材料;然后从定子铁耗、铜耗、转子涡流损耗与风摩损耗等方面,分别总结归纳了电机中各项损耗及其计算方法;对比分析了各种高速永磁电机温升计算方法;概述了高速电机转子支承方式的发展情况。总结了转子强度与动力学分析相关的问题,最后展望高速永磁电机相关技术的主要发展方向。     

高速电机发展现状以及关键技术综述

目前,高速电机已在众多工业领域中得到了广泛的应用。文中总结和讨论高速电机的发展现状和未来的研究方向。首先对不同类型高速电机的最新研究进展进行了介绍,并总结了各类高速电机的特点。其次,详细讨论了铜耗、铁心损耗、风摩损耗以及套管损耗。随后,介绍了不同轴承的应用特点及转子强度、动态性能的研究现状。最后,通过在参考文献的基础上进行分析和总结,明确各类高速电机存在的问题,展望了高速电机未来的研究方向。     

高速无轴承永磁电机设计与分析

高速电机具有高功率密度、能够减小设备体积与重量,可以直接驱动负载、提高传动效率,在航空航天、新能源、精密制造等领域具有广阔的应用前景。将无轴承永磁电机应用于高速驱动系统,在推导无轴承永磁电机数学模型基础上,提出了高速无轴承永磁电机设计方法。通过对一台额定功率2 300 W、额定转速8 000 r/min、调速范围0~60 000 r/min的高速无轴承永磁电机进行电磁和机械一体化设计,并采用有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。仿真试验结果验证了所采用的设计方法的正确性。     

高速永磁电机转子结构与强度分析

分析了高速永磁电机的转子结构、材料和性能之间关系,并对转子的强度计算进行详细介绍,并提出了高速永磁电机转子支撑技术、转子结构、表贴式转子强度以及内置式转子强度的分析方法。     

无轴承高速开关磁阻电机设计中的关键问题

讨论了无轴承开关磁阻电机在高速运行时的电磁设计、结构强度、稳定性设计、转子应力设计、散热设计、磁性材料选择等关键技术问题,给出了在设计过程中应注意的问题和优化设计的方法依据。考虑上述电机设计原则,对一台7.5kW无轴承开关磁阻电机进行了电磁和结构参数的优化设计,建立了基于ANSYS的二维有限元模型,对径向悬浮力和转矩特性进行了计算,比较了仿真和理论计算结果;在实验样机上测量了主绕组、悬浮绕组电感。结果表明,该设计方法满足了无轴承高速开关磁阻电机的设计要求,对进一步进行参数优化具有参考价值。     

高速变频电机开发中的关键技术

对高速变频三相异步电机开发中遇到的关键技术进行了研究,使用有限元法对转子强度和临界转速进行了校核并提出了抑制振动的方法。最终测试结果表明,电机各项技术指标满足设计要求。     

高速电机滚动轴承的安装与调试

随着科学技术水平的不断提高,高速电机的应用越来越广泛,伴随而来的是高速电机噪音大、温升高、寿命普遍较短。针对此类问题,结合多年的经验,在滚动轴承安装和调试方面总结出一套工艺方法,供读者参考。     

高速大功率电机高效率低噪声离心风扇的研究与设计

在YKK560-2/10kV/1000kW三相异步电动机离心式外风扇叶片设计中成功地应用了固定翼飞机机翼结构形状、轴流式风扇叶片和汽轮机叶片形状,从而设计出高效率、低噪声的新型离心式外风扇。     

高速电机磁力轴承-转子系统临界转速的计算

在建立高速电机磁力轴承－转子系统的动力学方程基础上，利用有限元法计算了高速电机转子的临界转速。首先分析了磁力轴承支承刚度及其与系统结构参数以及气隙静态偏置磁通密度的关系，然后基于磁场分析证明磁力轴承对转子的支承是各向同性的，计算了电磁轴承的线性支撑刚度。在此基础上，建立了磁力轴承－转子系统的动力学方程，用有限元法计算了高速电机转子的临界转速。利用该计算方法，设计研制的1台采用磁力轴承的高速电机已成功实现60 000 r/min的运行。     

高速异步主轴电机的热分析与冷却结构设计

高速主轴电机是电主轴的关键核心部件,电机发热直接影响电主轴的加工精度和运行可靠性。以一台10万转主轴异步电机为例,对高速异步主轴电动机进行深入的热分析,设计高效的散热冷却结构,确保主轴电机的可靠平稳运行。确定主轴电机的主要热源,研究转子转速、转子表面粗糙度对主轴电机风摩损耗的影响规律;考虑旋转磁场和谐波对铁耗计算的影响,采用齿轭分区的有限元法提高仿真精度,分析电机铁耗的分布规律。基于流体力学对电机进行3D热仿真,对比主流的周向螺旋型和轴向Z字型两种冷却结构的冷却效果,确定高效的冷却结构设计方案,并进一步采用转子铁心开空气槽的设计方案,增加转子铁心与转轴之间的热阻,提高电机的散热能力,确保电机的转轴温升在安全范围内,最后校核转子结构的机械强度,保证主轴电机运行的可靠性。     

高速永磁爪极电机铁耗与空气摩擦损耗计算

高速电机由于采用高频电源供电,铁心损耗较常规电机突出,且高速旋转引起的空气摩擦损耗亦非常严重。此外爪极电机磁路结构复杂且其磁通呈三维分布,因此需要考虑三维磁场、高频谐波和高速旋转等因素,针对该种高速电机损耗计算模型进行研究。首先通过三维有限元电磁仿真软件对该种电机的磁场分布特点进行分析;然后采用三维正交交变磁化近似等效旋转磁化建立铁耗计算模型,并考虑高频谐波对其影响,通过与有限元软件计算结果对比,验证了计算模型的准确性;此外针对转子转速、转子表面光滑度、轴向风速等因素对空气摩擦损耗的影响进行分析;最后通过实验验证了铁心损耗和空气摩擦损耗计算方法的准确性。     

超高速开关磁阻电动机设计

开关磁阻电机结构简单坚固,转子上无永磁体和绕组,特别适合超高速运行。针对超高速电机的运行特点,对超高速开关磁阻电机的多物理场一体化设计方法进行探讨,研制了一台6/2结构超高速开关磁阻样机,样机最高转速为130 000 r/min,功率为1 kW。为提高样机的起动转矩,改进了样机的转子结构,并基于有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。采用自主开发的具有角度控制功能的开关磁阻电机专用集成电路SR3P10K07A作为控制系统的控制核心。最后对样机进行了实验,实验结果表明本文采用的设计方法、转子结构和专用芯片是可行和有效的。     

高速永磁电机转子过盈配合设计及仿真研究

永磁体不能承受电机高速运行时产生的拉应力,通常在永磁体外表面装配非导磁合金钢护套,通过过盈配合连接来保护永磁体。过盈量的选取非常重要。介绍了一种转子护套和永磁体过盈量的设计方法,通过设计实例,利用解析法计算转子护套和永磁体在静态装配、冷态运行和热态运行三种不同工况下的应力,对热套工艺参数和松脱转速进行了计算,并且进行了有限元仿真验证。对过盈配合的影响因素进行了研究,为高速永磁电机转子护套与永磁体过盈量的设计提供了依据。     

切向内置式高速永磁电动机转子结构优化研究

针对小功率高速永磁电动机,为满足高速电动机转子结构的应力要求,并简化电动机的生产工艺,提出了一种基于梯形永磁体的切向内置式转子结构,在满足电动机基本设计要求的前提下,对电动机转子相关结构参数进行了优化设计。采用有限元仿真方法,详细地分析了极弧系数和转子表面结构对齿槽转矩、平均转矩和转矩脉动的影响规律,并对转子的结构应力进行了校核。研究表明,该转子结构可有效简化电动机的生产工艺,总结了部分参数对电动机转矩性能的影响规律,并通过对转子结构的优化,有效地减小齿槽转矩以及转矩脉动。     

高速无刷直流电机稳速系统中的速度检测

在综述闭环调速系统中各种转速检测方法的基础上,运用数、模混合法实现高速无刷直流电动机转速的模拟测量,并实现了速度闭环控制。实验证明这种测速方法对高速无刷直流电机稳速系统是行之有效的。     

高温超导电机转子冷却技术的研究

本文针对高温超导电机关键技术之一的转子冷却技术,从旋转管道流动和池沸腾的基本理论出发,对现有的集中式旋转热管、浸泡式冷却方式和三种新型的冷却方式即:分布式旋转热管、分层开放式蒸发冷却和旋转管道蒸发冷却,总结并建立了分别适用于这些转子冷却方式的沸腾换热模型;另外对于旋转管道蒸发冷却的流体动力学问题,参照静止两相流流动阻力的计算模型来分析这种冷却方式的流动阻力。在模型计算、载荷和漏热等边界条件基础上,采用ANSYS温度场静态计算模块对各种冷却方式进行了仿真,得到各种工况的温度分布。建立了一台能实现五种高温超导电机冷却方式的综合性实验平台,对五种冷却方式进行了详细的换热和流动的实验研究,从温升和分布均匀度而言,浸泡式冷却的效果最好,其他几种方式次之。同时对比实验数据与仿真结果,表明理论模型能较为准确地预测实验结果。