氢燃料电池空压机用超高速永磁电机设计

氢燃料电池无油离心空压机通常采用超高速永磁电机作为动力驱动,与同功率低速电机相比,超高速永磁电机主要面临转子强度、临界转速、损耗温升、热管理等系列问题,为此采用多物理场分析方法对一台22 kW/95 000 r·min^-1空气动压箔片轴承超高速永磁电机进行了分析计算。首先,根据转子强度及转子动力学要求初步确定了电机转子尺寸,应用磁路法完成了电磁设计;其次,根据燃料电池空压机的整体要求建立了超高速永磁电机结构,完成了转子强度、转子临界转速及超高速永磁电机热特性分析;最后,试制样机实现了22 kW/95 000 r·min^-1稳定运行。仿真分析和试验数据表明：所设计的超高速永磁电机能够满足氢燃料电池空压机的整机要求,为后续系列化电机开发与优化设计提供了参考。     

永磁体与护套分段结构的高速电机转子强度及动力学研究

针对护套和永磁体轴向分段设计导致的强度和动力学方面的问题,以一台额定功率150 kW、额定转速30 000 r/min的高速永磁电机为研究对象,基于厚壁圆筒理论建立强度仿真模型,采用解析法和有限元法对护套轴向分段结构的转子应力分布规律和护套分段数对转子强度的影响规律进行研究,并以厚壁圆筒理论验证规律的合理性;建立转子系统动力学仿真模型,以有限元法研究永磁体和护套分段数对临界转速、不平衡响应的影响规律。结果表明,护套轴向分段提高了永磁体局部最大轴向应力和切向应力。永磁体轴向分段降低了转子各阶临界转速,尤其对采用刚度等级较高轴承的转子影响较大,同时升高了转子振幅。为高速永磁电机护套和永磁体轴向分段设计提供了强度和动力学方面的参考。     

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。     

一种新型永磁电机转子结构的对比分析

随着永磁电机的大量投产,逐渐暴露了永磁电机最大最致命缺点—成本过高,这个缺点限制着永磁电机的未来。现在有一种新型永磁电机转子结构可以降低成本,解决掉永磁电机出现的缺点。现以710kW-6极10kV永磁电机为例,利用Ansot软件,同时对永磁电机的传统转子结构和新型转子结构进行仿真分析,充分了解磁路结构的差异性,证明这种新型永磁电机转子结构能够节省成本。     

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。     

永磁式双转子电机的理论与实践

根据电机学的基本理论,分析了永磁式双转子电机的原理和结构特点,结合其特点,指出这类电机生产和使用中存在的关键问题,为进一步的工程应用做好准备。     

低速永磁电机转子退磁方法

引言ＴＤＹ系列稀土永磁低速同步电动机具有可靠性高、振动小、噪声低、转速低且稳定、启动力矩大等特点。电机转子由三段铁心组成,即中段、端部铁心和两片已符合图纸尺寸要求的未经充磁的稀土圆形磁钢及隔磁不锈钢轴被对称地夹在三段铁心的中间;轴的尾端处车有螺纹,组...     

转子-轴承系统临界转速计算程序在防爆电机设计中的应用

详细描述了转子-轴承系统临界转速计算程序的原理和数据处理,并通过实例介绍其在防爆电机设计中的应用.     

大功率永磁盘式电机转子结构强度研究

本研究针对盘式电机转子在高速旋转时受到离心力破坏的问题,设计了一种基于储能飞轮转子结构的盘式电机转子结构。通过对比分析传统盘式电机转子结构强度,提出了利用储能飞轮转子材料高强度的特性来抵消电机盘与磁钢产生的离心力的方法,从而提高了盘式电机转子能够承受的最大转速上限。通过对不同转速下新式盘式电机转子结构的强度分析,得出转速与电机盘和转子的最大应力曲线图。结果表明,新式盘式电机转子结构理论最高转速分别是表贴式结构的4.3倍和内嵌式结构的2.7倍。为了进一步提高新式盘式电机转子结构的性能和可靠性,本文提出了一种新式盘式电机转子结构求解最优过盈量的计算方法。通过对比不同过盈量下静态与额定转速时电机盘与转子的安全系数,求出了过盈量最优值。本研究设计的新式盘式电机转子结构具有较大的实际应用价值,可以为储能飞轮等领域提供一种高性能、高转速的盘式电机转子解决方案。     

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。     

一种轴向风冷结构对高速永磁电机转子温升的抑制研究

在变频器驱动方式下,高速永磁电机具有较大的转子涡流损耗,由于其转子的散热能力较差,易使永磁体温升较高,而发生不可逆失磁现象。采用机壳水冷结构可以有效地带走电机定子侧的热量,但是对于高速永磁电机的转子部位,水冷结构的冷却效果有限。以一台15 kW、30 000 r/min的高速永磁电机为例,设计了一种风、水混合冷却结构,基于流固耦合的计算方法分析了水速、风向以及不同风道截面积对电机永磁体部位温升的影响,并得出了相对的最优值。与仅采用水冷结构相比,增加该风冷结构可使永磁体温升降低了18.1 K,该结构可对大功率高速永磁电机的冷却系统设计提供一定的参考。     

真空泵用定子永磁型与转子永磁型电机热性能对比

针对真空泵用驱动电机在额定运行过程中转子热膨胀积累导致轴承抱死的工程问题,根据实际真空泵驱动工况要求,设计了1台磁通切换永磁同步电机(FSPMSM)。利用有限元软件,分析对比了具有相同技术要求的FSPMSM,表贴式永磁同步电机(SPMSM)和内置式永磁同步电机(IPMSM)的电磁场、温度场及热应力场。综合分析了上述3种电机的性能差异,研究表明:FSPMSM的转子温升、轴承热形变等均优于2台转子永磁型电机。验证了FSPMSM相比于传统转子永磁型电机能更好地减小运行时的转子损耗与温升,为永磁电机拓扑结构的选择和新产品研发提供了科学的参考依据。     

全封闭高速永磁电机转子结构对转子散热的影响

为研究转子物理结构对机壳水冷全封闭式高速永磁电机转子散热的影响,以一台15k W、30 000r/min的非晶合金高速永磁电机为例,基于流体力学和传热学理论,建立三维流固耦合共轭传热求解域模型,并给出基本假设与边界条件,采用有限体积法进行流固耦合求解,得到转子有无轴向通风孔和通风孔与风刺相配合时电机内流体流动特性及各部件的温度分布。在此基础上,研究通风孔尺寸、通风孔数量变化对流体场及温度场的影响。计算结果表明,转子引入风刺和通风孔等风压元件可有效提高转子的散热能力,降低永磁体温升。通过增大通风孔尺寸和数量可进一步降低永磁体温升。最后,对一台15k W全封闭式水冷非晶合金永磁电机进行了温升试验,并将试验数据与计算结果进行对比,验证了耦合场计算结果的正确性。     

径向磁路永磁同步电机转子损耗的实验研究

对变频电源驱动的径向磁路永磁同步电机的转子损耗问题进行了实验研究。实验结果表明电枢绕组谐波电流是产生该电机转子损耗的主要原因。文中对减少转子损耗提出了几项措施。     

电动汽车驱动用永磁同步电动机转子结构选择

应用电磁场分析方法比较了具有不同转子结构的电动汽车用永磁同步电动机磁阻转矩的有效利用、弱磁能力及永磁体的抗失磁能力,从而得到电动汽车用永磁同步电动机的转子结构选择方法。     

永磁同步电机转子位置辨识研究

传统脉振高频电压信号注入法在估计永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)转子位置时,因无法辨识转子N/S极而存在位置估算可能相反的问题。利用电机磁场的饱和效应,提出了一种新型转子位置辨识方法,通过分析包含转子位置误差信息的二次高频电流分量,对转子永磁体磁极极性进行判别,结合传统方法,准确辨识出转子位置。对一台凸极式PMSM进行了转子位置估计实验,验证了该方法的有效性。     

储能飞轮用大功率高速永磁同步电机电磁设计

储能飞轮用高速电机的工作状态包括电动机、发电机及空载三种。提高储能飞轮的能量转换效率、降低电机在各种运行状态的损耗成为其电磁设计的主要任务。从工程应用的角度,对储能飞轮用大功率高速永磁同步电机的绕组损耗、铁心损耗及涡流损耗进行了分析,重点分析了定转子间隙对转子构件涡流损耗的影响,同时提出了一种阶梯式转子永磁体结构,可满足永磁同步电机(PMSM)对空载反电动势的低谐波要求,并提出了转子护套材料的选取原则。最后通过一个算例介绍了电机的设计分析及性能参数的计算。     

高速永磁电机转子模态分析与实验研究

基于模态分析理论,采用限元分析软件ANSYS对某高速永磁电机转子进行自由模态仿真分析,获得了转子前三阶弯曲固有频率值与振型。通过模态实验实测其固有频率值,比较两者数据,验证了仿真计算的准确性,为同类型转子动力学计算提供了参考依据。     

高速永磁电机护套配合过盈量的计算及强度校核

烧结钕铁硼永磁材料具有抗压强度大、抗拉强度小的特点,为了避免永磁体在电机运行时难以承受因高速引起的离心力产生断裂破坏的后果,常常在永磁体外侧设置一层高强度非导磁防护套,二者采用过盈配合以使永磁体承受一定的预压力。给出了接触压力、旋转速度、温升对过盈配合量影响的计算方法,提出了永磁体和护套强度的校核准则,并将其应用于一台实际的高速永磁电机。计算结果得到ANSYS workbench的有效验证。