高速内嵌式永磁电动机转子机械强度分析
. . . . 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
干货高速电机转子设计以及电机轴承结构设计——轴承 设计“8不要” 高速电机的特点： 转速高、功率密度大、几何尺寸小，节约材料；转动惯量较小、动态响应较快；可与负载直接相连，省去传统变速装置，减小噪音提升系统效率； 高速电机广泛的应用前景： 高速磨床、空气循环制冷系统、高速离心压缩机、纺织、军工等。高速电机可靠运行的关键： 转子的强度转子的动力学特性高速电机转子设计要求：?要有足够的强度?要有足够的刚度?满足临界转速要求?能使电机 输出足够的功率高速转子综合设计流程图： 离心应力分析分析：磁钢与护套过盈可靠性分析： 利用护套保护转子，在高速电机中很很常见，护套一般采用非导磁合金钢或者碳纤维等材料。非导磁合金钢护套对高频磁场起到一定的屏蔽作用，并能减小永磁体和转子轭中的高频附加损耗，同时导热性较好，有利于永磁体的散热，缺点是产生涡流损耗；碳纤维厚度薄，但是是热的不良导体，不利于永磁转子散热，对永磁体没有高频磁场屏蔽作用。外加一薄层导电性能良好而不导磁的金属可以起到屏蔽高频磁 场的作用。
磁钢与护套过盈的有限元分析：除旋转状态外，还需要考虑静止状态、高温状态。 临界转速模态的定义: 模态即结构的固有频率，是结构在受到干扰时容易发生振动的频率，结构在固有频率下的变形称为主振动模态，也称为振型。固有频率和振型的计算是一个特征值问题。特征值对应固有频率，特征向量对应振型。临界转速的定义：产生剧烈振动时的转速称为临界转速。轴和轴系在工作时主要产生两类振动：横向振动、扭转振动。 横向振动(质心偏离回转轴线)产生的原因。 扭转振动（受到变化的力矩作用）产生的原因。刚性支撑模态： 转速与临界转速： 轴承对临界转速的影响:陀螺转矩对临界转速的影响：轴系振动模态： 当机组串联运行耦联成一个多跨转子系统，整个机组轴系有其自身的动力特性，与各单转子之间的临界转速既有区别又有联系。单转子平衡，连成轴系后也不能保证轴系中各转子的平衡，其主要原因有：单转子振型及临界转速在连成轴系后发生变化；转子联接时存在偏差；冷、热状态下机组平衡发生变化；耦联转子各自残余不平衡量的相位差引起的不平衡。
交流永磁同步电机结构与工作原理 2。1。1交流永磁同步电机得结构 永磁同步电机得种类繁多,按照定子绕组感应电动势得波形得不同,可以分为正 弦波永磁同步电机（PMSM）与梯形波永磁同步电机（BＬＤC）【261.正弦波永磁同步电机 定子由三相绕组以及铁芯构成，电枢绕组常以Y型连接，采用短距分布绕组;气隙场 设计为正弦波，以产生正弦波反电动势；转子采用永磁体代替电励磁,根据永磁体在 转子上得安装位置不同，正弦波永磁同步电机又分为三类:凸装式、嵌入式与内埋式。 本文中采用得电机为凸装式正弦波永磁同步电机,结构如图2一l所示，定子绕组一 般制成多相,转子由永久磁钢按一定对数组成，本系统得电机转子磁极对数为两对, 则电机转速为n=60ｆ/p，f为电流频率,Ｐ为极对数。
图2一l凸装式正弦波永磁同步电机结构图 目前,三相同步电机现在主要有两种控制方式,一种就是她控式（又称为频率开环 控制)；另一种就是自控式(又称为频率闭环控制）[27】。她控式方式主要就是通过独立控 N＃l－部电源频率得方式来调节转子得转速不需要知道转子得位置信息,经常采用恒压 频比得开环控制方案。自控式永磁同步电机也就是通过改变外部电源得频率来调节转子 得转速，与她控式不同，外部电源频率得改变就是与转子得位置信息就是有关联得，转子
转速越高，定子通电频率就越高，转子得转速就是通过改变定子绕组外加电压(或电流） 频率得大小来调节得。由于自控式同步电机不存在她控式同步电机得失步与振荡问 题,并且永磁同步电机永磁体做转子也不存在电刷与换向器,降低了转子得体积与质 量，提高了系统得响应速度与调速范围，且具有直流电动机得性能，所以本文采用了 自控式交流永磁同步电机.当把三相对称电源加到三相对称绕组上后,自然会产生同 步速得旋转得定子磁场，同步电机转子得转速就是与外部电源频率保持严格得同步,且 与负载大小没关系. 2。1.２交流永磁同步电机得工作原理 本系统采用得就是自控式交直交电压型电机控制方式，由整流桥、三相逆变电路、 控制电路、三相交流永磁电机与位置传感器构成，其结构原理图如图2-2所示.在 图2-2中，50HZ得市电经整流后,由三相逆变器给电机得三相绕组供电，三相对称 电流合成得旋转磁场与转子永久磁钢所产生得磁场相互作用产生转矩，拖动转子同步
2019年第1期 第54 ( 206期）（EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE) 高速永磁电机转子结构与强度分析 王雨 (中国石油吉林石化分公司乙烯厂，吉林吉林132000) 摘要分析了高速永磁电机的转子结构、材 性能 关系，并转子的强度计算进行 详细介绍，并 了高速永磁电机转子支撑、转结构、表 转 度以及内置式转子强度 的分析方法。 关键词咼速永磁电机;转子支撑技术;转子结构;转子强度分析 DOI $ 10.3969/J. ISSN. 1008-7281.2019.01.09 中图分类号:T M351 文献标识码:A文章编号：1008-7281 (2019)01 -0030-003 Structure and Strength Analy s es of High-S peed Permanent-Magnet Motor Rotor Wang Yu (Ethylene Plant，Jilin Petrochemical Branch of CNPC，Jilin 132000,China) A bstra c t This paper analyzes the relationship am ong structure，m aterial and perform ance of high-speed perm anent-m agnet m otor rotor，introduces the strengtli calculation of rotor in tail，and puts forw ard the analysis m etliods of rotor supporting technology，rotor structure，sur- face-m ounted rotor strengtli and built-in rotor strengtli of h igh-sjD eed perm anent-m agnet m otor. K e y w ords H igh-sjD eed perm anent-m agnet m otor；rotor supporting technology；rotor struc- ture；rotor stren g th i analysis 0引言 高速永磁电机具有功率密度高、可靠、运行成 本低等优点，在石化工领域应用 ，然而由 于电机转 承受很大的离 较大 ， 因此转子的设 关键。本文 此情况 了转子离、电机散热面积、功 度大所带来的 的分析与计算，这对转子结构与强度非。 1转子支撑技术 转子支撑技术关键是轴承技术的研究，只有 到长期稳定运行，才能够在高速永磁电机 ：行 用，目前主要有两大类，第一类是高速滚 珠轴承，第二类是磁 空气轴承。 图1为速轴承，成低、，技术成熟，这是应用最为 的轴承，其速运行的主性能指标B V值，由轴承内径B(mm)与转速 @( r/min)的乘积表示，普通值在50 以下，速值在100 以⑴。 30 图1滚珠轴承 图2为空气轴承，利用的是轴承与轴 的 支撑转子，分为动 两种，优点是 用磁场即可。这样在电磁环境求高的 ，空气轴承显示出很大优，是空气轴承间隙小，精度要求尚。图3为磁 轴承，分为主动和被动两种磁 轴承，主动磁 轴承优点无 滑油，能够实现无接，而 成本低，是刚度较低，技术尚未成熟，应用 受到局限制。 图2 空气轴承
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal） 在电机结构中，需要转子冲片上开孔来嵌入磁钢。转子正常运行时，处于高速旋转的状态。此时，冲片和磁钢都会受到离心力的作用。转速越高，离心力越大。当冲片上的开孔较多较大时，孔之间的间隙就会比较小。在较大的离心力的作用下，冲片体脆弱部分的强度可能不足，其变形也可能会影响转子冲片的正常工作。为考察转子冲片的强度和刚度性能，采用有限元分析软件ansys mechanical模块进行仿真，分析在最大800rad/s的转速下，转子冲片的应力和变形分布，以及最大应力和变形随转速增加的变化规律。 仿真过程 转子冲片由冲片体和嵌入冲片体中的磁钢组成，其几何模型如下： 冲片上一共均匀嵌入了12块磁钢，分为6组，每组均呈“八”字形分布。磁钢与冲片的大部分都是紧密接触在一起，只是在靠近外环时，各开有一个小孔。同时，为了防止在转子转动时的冲片运动，在开孔处，采用了一个小的凸台。 从磁钢和冲片的装配来看，磁钢是嵌入进冲片的。为了准确的反映这种装配关系，在每个磁钢与冲片可能发生接触的区域，设置了摩擦接触，摩擦系数设为0.15，接触算法采用Augmented Lagrange。 从真实情况来看，转子及冲片在正常工作状态下是在旋转的。为了尽量与实际情况相符，对冲片的内圈的圆柱面施加了固定边界条件。同时，在整个结构的两个侧面施加了无摩擦约束，将两个侧面的运动限制在了侧面所在的平面内。 在计算分析时，为预防出现较大的变形，打开了大变形开关。由于摩擦接触和大变形效应都是非线性过程，因此在分析时，在每个载荷步中，都选用了自动时间步长，并设置计算时的初始载荷子步数为50，最小载荷子步数为10，最大载荷子步数为100。 仿真结果 离心力使磁钢向外运动到与冲片紧密相连，除局部外，整体遵循离轴线越远，位移越大的规
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/e517854343.html, 驱动电机转子结构优化分析 作者：屈新田章国光史建鹏 来源：《汽车科技》2013年第02期 摘要：对某电动车的驱动电机转子进行了结构强度分析，针对强度分析结果进行结构拓扑优化和形状优化分析，优化后方案与原方案相比减重18.8%。仿真和试验结果表明优化后的电机转子各项性能满足设计要求。 关键词：转子；拓扑优化；形状优化 中图分类号：U469.72 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2013）02-0043-03 世界汽车技术正朝着节能、环保、安全等方向发展，汽车的能量消耗与汽车自身质量成正比，因此，要想减少不必要的能量消耗，应在保证安全的前提下尽量减轻汽车自身质量。对于电动汽车来说，电池、电机和车身结构件所占整车质量的比例较高，从电池、电机和车身结构入手减轻质量，对电动汽车整车的轻量化效果十分显著。 本文针对某自主设计电动车的驱动电机转子进行结构强度仿真分析，在保证结构强度满足设计要求的前提下，对转子结构进行拓扑优化和形状优化，优化后的电机转子通过了试验验证，满足设计目标要求。 1 电机转子结构强度分析 1.1 仿真分析说明 内嵌式永磁电机采用转子冲片内嵌磁钢块且磁极表面对称分布的方式，不仅使电机反电动势波形得到优化，而且有效的抑制了电机齿槽力矩和负载力矩扰动。电机转子结构如图1所示。在电机高速运转时，电机转子结构主要承受离心力、电磁力和永磁体吸引力的作用，研究结果表明，离心力是影响电机转子结构强度的主要因素。本文在进行电机转子结构强度分析时，主要考虑电机转子在离心力作用下的结构强度。 1.2 结构强度分析结果 转子冲片结构采用壳单元模拟，单元尺寸为0.5 mm，能够较好的反映转子的几何特征。在分析过程中，电机转子单个冲片处于自由状态，对结构施加电机最高转速12 000转/分钟，采用惯性释放的方法，考虑永磁体与冲片之间的接触关系，利用Abaqus求解器计算，分析结果如图2所示。 电机转子的最大应力为137.4 MPa，采用材料的屈服强度为395 MPa，安全系数为2.9，存在较大的设计优化空间。
第一章永磁同步电机的原理及结构 永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、由转子磁路不对称而引起的磁阻转矩和单轴转矩等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起动过程中，只有异步转矩是驱动性质的转矩，电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
高强度永磁同步电机的转子结构 —北京明正维元电机技术有限公司专利 本实用新型涉及一种高强度永磁同步电机的转子结构，它由中心轴，铁芯和附着在其外圆表面上的至少1对圆弧面形的磁钢构成圆辊状结构，各相邻两磁钢侧面之间留有气隙，各磁钢通过相应的锁紧件与铁芯构成锁紧联结结构，它解决了现有技术强度差、磁钢易被甩出，易出现事故的问题，用于制作各型永磁同步电机。 交流永磁同步调速电梯电机之特性 石正铎路子明 我国电梯性能随着计算机控制技术和变频技术的发展有很大的提高，但是异步变频电动机存在低频低压低速时的转矩不够平稳进而影响低速段运行不理想的缺点。用永磁同步调速电机替代交流异步电机，用同步变频替代异步变频可以解决低速段的缺点和启动及运行中的抖动问题，使电梯运行更平稳、更舒适，同时减小电机的体积，降低噪音。采用有齿轮电梯曳引机，当电梯制动器失灵、轿厢产生自由落体时，可利用永磁同步电机的电流制动功能保证轿厢低速溜车，为电梯安全增加了一道安全屏障。 一、永磁同步电机与异步电机的主要区别及特点 由于异步电机是靠电机定子电流为电机转子励磁的，而永磁电机转子是用永磁体直接产生磁场不需要电励磁。因此永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高、形状和尺寸灵活多样等特点。 二、交流永磁同步调速电梯电机的主要优点 1、结构简单运行可靠，由于永磁电机转子不需要励磁，省去了线圈或鼠笼，简化了结构，实现了无刷，减少了故障，维修方便简单，维修复杂系数大大降低。 2、低温升、小体积永磁同步电机与感应电机相比，因为不需要无功励磁电流，而具备： (1)、功率因数高近于1。 (2)、反电势正弦波降低了高次谐波的幅值，有效的解决了对电源的干扰。 (3)、减小了电机的铜损和铁损。 同步电机发温升小（约38K），电机外形小，体积与异步电机相比，降低一至两个机座号。 3、高效率超节能，因为功率因数高（可近似为1），又省去电励磁，减少了定子电流和定子转子电阻的损耗，效率高（94~96%），满载起动电流比异步减少一半，所以节能效果明显，用于电梯时，同步电机可节能40%以上（用户实际使用后测试结果），轻载电流小，只相当于异步电机的10%，如11KW异步电机轻载时异步电机电流10A，而同步电机轻载电流只有0.7A。 4、调速范围宽，可达1：1000甚至于更高（异步电机只有1：100），调速精度极高，可大大提高电梯的品质。
高速电机定子转子项目 策划方案 规划设计/投资方案/产业运营
摘要 我国高速电机的产业化起步较晚，与瑞士、德国、日本等先进水平相比，国内高速电机行业在研发实力、产品性能、业绩口碑等方面还有较大差距，在市场竞争中往往处于弱势地位。对此，近年来，电机制造行业企业间强强联合、兼并重组的势头日趋突出。通过对优势资源的重新整合，实现了企业综合实力的快速提升，同时提高运行效率，进一步强化对市场的服务能力，形成更加强大的综合竞争力。 该高速电机定子转子项目计划总投资10076.84万元，其中：固定资产投资8649.92万元，占项目总投资的85.84%；流动资金1426.92万元，占项目总投资的14.16%。 本期项目达产年营业收入11526.00万元，总成本费用9202.49万元，税金及附加163.45万元，利润总额2323.51万元，利税总额2807.44万元，税后净利润1742.63万元，达产年纳税总额1064.81万元；达产年投资利润率23.06%，投资利税率27.86%，投资回报率17.29%，全部投资回收期7.28年，提供就业职位255个。
高速电机定子转子项目策划方案目录 第一章概述 一、项目名称及建设性质 二、项目承办单位 三、战略合作单位 四、项目提出的理由 五、项目选址及用地综述 六、土建工程建设指标 七、设备购置 八、产品规划方案 九、原材料供应 十、项目能耗分析 十一、环境保护 十二、项目建设符合性 十三、项目进度规划 十四、投资估算及经济效益分析 十五、报告说明 十六、项目评价 十七、主要经济指标
第二章建设背景 一、项目承办单位背景分析 二、产业政策及发展规划 三、鼓励中小企业发展 四、宏观经济形势分析 五、区域经济发展概况 六、项目必要性分析 第三章产品规划 一、产品规划 二、建设规模 第四章选址科学性分析 一、项目选址原则 二、项目选址 三、建设条件分析 四、用地控制指标 五、用地总体要求 六、节约用地措施 七、总图布置方案 八、运输组成 九、选址综合评价
转子强度校核报告 1、有限元模型 模型部分结构进行了简化，采用六面体网格划分网格，采用精度较高的SOLID185单元进行模拟。总共划分六面体网格单元数为36684，节点数为42595，将计算效率与计算精度进行平衡，为方案修改变更提供更高的效率。 2、不锈钢材料应力分布云图 涡轮等效应力分布如下图： 涡轮应力最大处位置如下图： 涡轮整体总位移云图：
涡轮轮缘如上图所示：最大位移为0.827mm 3、钛合金材料应力分布云图 整体涡轮等效应力分布： 涡轮处最大等效应力位置： 涡轮整体总位移云图：
涡轮轮缘如上图所示：最大位移为1.359mm。 4、铝合金材料应力分布云图 整体涡轮等效应力分布： 涡轮处最大等效应力位置： 涡轮整体总位移云图：
涡轮轮缘如上图所示：最大位移为2.12mm。 5、小结 涡轮为不同材料热固耦合分析校核结果 转速为70000rpm时结果如下表所示： 上述两表中提供了转子在不同转速下各个材料的等效应力和外轮缘径向位移变形量的分析值，该分析值由于温度、压力梯度分布载荷不够精确的条件下计算所得，因此并不是精确值，但可作为设计初期的工程参考，并具有一定的设计参考价值。 上两表中显示，不同材料的屈服极限不同，运用有限元法计算得到的最大等效应力也各不相同，由于铝合金的密度相对最小，所受的离心拉应力也最小，最大等效应力为297.6MPa，为三种材料中最小，但其弹性模量较小，由胡克定律可知，在相同的拉应力下，铝合金材料的应变是最大的，即变形量是最大的，因此涡轮外轮缘径向位移最大，为2.12mm。因此整体考虑，铝合金材料并不合适。而钛合金、不锈钢材料相比较，采用钛合金的强度较高，是其一优势，但外轮缘径向位移相对较高，也相对有其不足。因此综合来看不锈钢材料和钛合金材料各有优势，从技术角度看，钛合金更加具有优势。
永磁同步电动机 Permanent Magnet Synchronous Motor 近些年永磁同步电动机得到较快发展，其特点是功率因数高、效率高，在许多场合开始逐步取代最常用的交流异步电机，其中异步起动永磁同步电动机的性能优越，是一种很有前途的节能电机。 在本网“电动机系列”栏目中“同步电动机原理”一节中已讲到有永久磁铁转子的同步电动机原理模型，本节将进一步介绍永磁同步电动机的原理与结构。 永磁同步电动机的定子结构与工作原理与交流异步电动机一样，多为4极形式，三相绕组按3相4极布置，通电产生4极旋转磁场。下图是有线圈绕组的定子示意图。 定子铁芯与绕组 下图是装在机座里的定子。 机座与定子
永磁同步电动机与普通异步电动机的不同是转子结构，转子上安装有永磁体磁极，下左图就是一个安装有永磁体磁极的转子，永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上，称为凸装式永磁转子。磁极的极性与磁通走向见下右图，这是一个4极转子。 凸装式永磁转子 根据磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用磁引力拉动转子旋转，于是永磁转子就会跟随定子产生的旋转磁场同步旋转。 下左图是另一种安装有永磁体磁极的转子，永磁体磁极嵌装在转子铁芯表面，称为嵌入式永磁转子。磁极的极性与磁通走向见下右图，这也是一个4极转子。 嵌入式永磁转子铁芯 下左图也是一种嵌入式永磁转子，永磁体嵌装在转子铁芯内部，为防止永磁体磁通短路，在转子铁芯开有空槽或在槽内填充隔磁材料。磁极的极性与磁通走向见下右图，这也是一个4极转子。
嵌入式永磁转子铁芯-2下图为装上转轴的嵌入式永磁转子 嵌入式永磁转子 在转子铁芯两侧装上风扇然后与定子机座组装成整机，见下图。
第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在 异步转矩、永磁发电制动转矩、矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引 等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起动 过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他 的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
高速电机定子转子项目规划设计方案 投资分析/实施方案
报告说明— 该高速电机定子转子项目计划总投资14225.82万元，其中：固定资产投资11385.21万元，占项目总投资的80.03%；流动资金2840.61万元，占项目总投资的19.97%。 达产年营业收入23185.00万元，总成本费用18360.71万元，税金及附加254.60万元，利润总额4824.29万元，利税总额5744.31万元，税后净利润3618.22万元，达产年纳税总额2126.09万元；达产年投资利润率33.91%，投资利税率40.38%，投资回报率25.43%，全部投资回收期5.43年，提供就业职位506个。 我国高速电机的产业化起步较晚，与瑞士、德国、日本等先进水平相比，国内高速电机行业在研发实力、产品性能、业绩口碑等方面还有较大差距，在市场竞争中往往处于弱势地位。对此，近年来，电机制造行业企业间强强联合、兼并重组的势头日趋突出。通过对优势资源的重新整合，实现了企业综合实力的快速提升，同时提高运行效率，进一步强化对市场的服务能力，形成更加强大的综合竞争力。
第一章基本信息 一、项目概况 （一）项目名称及背景 高速电机定子转子项目 （二）项目选址 某经开区 所选场址应避开自然保护区、风景名胜区、生活饮用水源地和其他特 别需要保护的环境敏感性目标。项目建设区域地理条件较好，基础设施等 配套较为完善，并且具有足够的发展潜力。项目建设区域以城市总体规划 为依据，布局相对独立，便于集中开展科研、生产经营和管理活动，并且 统筹考虑用地与城市发展的关系，与项目建设地的建成区有较方便的联系。对周围环境不应产生污染或对周围环境污染不超过国家有关法律和现行标 准的允许范围，不会引起当地居民的不满，不会造成不良的社会影响。 （三）项目用地规模 项目总用地面积43688.50平方米（折合约65.50亩）。 （四）项目用地控制指标
一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法
1、一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于包括如下步骤： （1）在??d q -估计同步旋转坐标系的?d 轴上注入高频电压信号?cos()d mh h u U t ω=，给定?q 轴电压?0q u =； （2）检测电机的两相电流，并经过Clarke 和Park 坐标系变换，得到??d q -估计同步旋转坐标系的?q 轴电流?q i ，并依照以下步骤估计转子的位置和转速：首先，将检测得到的?q 轴电流?q i 乘以调制信号cos()t h u t ω=；然后，对相乘后所得的信号低通滤波，得到?q 轴电流?q i 的幅值信号()f θ?；最后，对该幅值信号()f θ?进行PI 调节，得到估计转速?ω ，对估计转速?ω积分得到估计的转子位置； （3）重复步骤（2），直至估计的转子位置收敛为一恒定值，即为初次估 计的转子位置?first θ； （4）在??d q -估计同步旋转坐标系的?d 轴上注入高频电压信号?cos()d mh h u U t ω=，在?q 轴注入一个正方向扰动信号，重复步骤（2），直至电机转过一定角度γ，0γ>； （5）根据步骤（3）估计得到的转速方向判断磁极极性，当转速为正时， 收敛的磁极极性为N 极，转子初始位置??=initial first θθ；当转速为负时，收敛的磁极极性为S 极，转子初始位置??=initial first θθπ+。 2、如权利要求1所述的一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特 征在于：所述步骤（1）中，采用转子的估计位置?θ 进行Park 逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值?u α和?u β。
关于高速永磁电机综合设计的研究 发表时间：2019-11-20T13:50:51.017Z 来源：《城镇建设》2019年2卷16期作者：王潇 [导读] 与传统电机相比，高速永磁电机无需借助复杂的、维护困难的变速装置。 摘要：与传统电机相比，高速永磁电机无需借助复杂的、维护困难的变速装置，可直接与高速负载或原动机相连，具有功率密度高、体积小、效率高、可靠性高、运行成本低的优点，因此在高速机床、鼓风机、压缩机、透平式膨胀机、微型燃气轮机等领域具有广阔的应用前景，得到了广泛关注。本文主要探究了高速永磁电机设计要点以及注意问题，希望能为优化和改善高速永磁电机的综合设计提供参考意见。 关键词：高速永磁电机；设计要点；注意问题 引言：随着科学技术的发展，高速永磁电机在工业上的应用得到了一定程度的重视。相较于普通电机，高速永磁电机的设计虽然仍需遵循基本的电磁原理，但是由于其具有体积小和转速高等多方面的特点，所以就需要解决高转速为其带来的一系列问题。而就目前而言，高速永磁电机的设计要点是电机转子和定子的设计，而在设计中必须对电机损耗、转子强度和温升计算等问题进行关注。 一、高速永磁电机的设计要点 当前高速永磁电机设计主要包括电机转子设计和电机定子设计两方面的内容，具体如下： 1、电机转子设计 在高速永磁电机运行的过程中，转子会进行高速的旋转。所以，伴随着电机的运转，因旋转产生强大的离心力需要转子具有更高的强度，而因摩擦产生的高温也容易对转子转轴和轴承的结构进行破坏。所以，想要保证电机的稳定运行，就需要使转子在具有一定的强度的同时，具有低损耗和耐高温的特性。而想要达成这些目的，就需要从转子的材料和结构的设计上来进行考量。一方面，在材料设计上，现在通常使用的都是具有较高矫顽力的铁氧体或者稀土永磁材料。而之所以选择这种材料，首先是因为材料本身具有较小的温度系数，可以在高温时维持转子的稳定的转矩特性。其次，该种材料还能适应较高的温度下的较小的材料尺寸的变化，从而可以用于温度较高的场合而能够保持机械结构的可靠性。再者，该种材料具有较强的抗压性和抗挠强度，可以承受因高速运转产生的较高一定的离心力。但是值得注意的是，该种材料的抗拉强度非常低，因此需要采用一定的结构设计进行材料的保护。在结构设计上，如今最常使用的是表贴式结构和两级圆柱永磁结构，对转子磁体材料形成一个相对稳固的抗压壳体。 2、电机定子设计 与高速永磁电机转子有所差别，定子属于高速永磁电机的散热通道。因而，当前高速永磁电机大多数的损耗均是由于定子所产生的，而且转子所产生的损耗跟定子的结构以及所使用的材料有着紧密的联系。因而，如何设计高速电机定子的结构以及所使用的材料，是当前高速永磁电机设计研究的关键工作内容。一方面，在设计高速永磁电机定子结构时，当前主要使用的是环形绕组的结构。此种定子结构，首先要求绕组位于电机的轭部，以最大化地减少转子正常工作所需的长度，以提升转子的刚度。其次，由于此种定子结构内外槽相对较多，可以考虑利用为散热通道，以达到散热的作用。应关注的是，由于电子在高速使用中，此种结构所构造的齿槽极易增加转子的损耗。因而，为了减少该损耗，可以考虑增加气隙长度以更好地完成散热操作。此外，在当前所采取的定子结构设计中，厚度不超过0.2MM 的无取向硅钢片是目前使用范围最为广泛的。随着科技的持续进步，软磁复合材料受到的关注力也慢慢增加，应用范围越来越广。 二、高速永磁电机设计中的注意问题 1、电机损耗问题的分析 对电机损耗的分析技术，是目前高速永磁电机分析技术中较为热门的话题。这是因为在高速永磁电机的运行过程中，电机定子势必会产生一定的铁耗或者铜耗，因此，目前许多学者都加强了对定子铁耗与定子铜耗分析技术的研究。在定子铁耗的分析上，主要采取比损耗法，也就说按照特定频率和磁场下的定子铁耗进行高速永磁电机运行过程中定子铁耗的计算，并且结合一定的经验系数，对所得计算结果进行修正。而在定子铜耗的分析上，则主要采取解析模型效应方法进行定子铜耗计算。此外，在高速永磁电机损耗分析中，对电机转子涡流损耗的分析也是重中之重，往往采用解析法与有限元法，通过这两种方法对电机转子涡流损耗进行分析。 2、电机转子强度问题的分析 在高速永磁电机的实际运行过程中，由于电机转子会受到来自离心力的巨大破坏。因此，为了进一步确保电机转子的安全稳定运行，就必须在电机转子设计的过程中，做好对电机转子强度的分析工作。通常情况下，我们在分析结构简单的电机转子强度时，往往可以将其转子内部的应力以及永磁体内部的应力进行准确的分析，得出计算结果。在分析结构复杂的电机转子强度时，则需要先对计算结果进行简化解析，并利用FEM 法对电机各项材料的性质分别进行分析。而在分析实际运转中的电机转子强度时，则应该做好对转子二维轴向截面的分析工作，从而实现较小规模的电机转子强度分析。与此同时，为了确保在高速永磁电机运行过程中，电机转子能够保持良好的工作性能，还要对电机转子的临界转速、稳定性、不平衡相应等动力学内容展开详细的分析。 3、电机温度问题的分析 高速永磁电机正常工作的过程中会产生很多热量，从而导致电机内部的温度迅速上升。而电机中存在着大量的永磁体，它们会因为受到温度的影响而失去磁性，这就会产生非常严重的后果。所以，此类问题是科研人员目前最关心的电机安全的问题。因为电机工作一定会旋转，而旋转就会产生热量，从而使温度发生变化。因此如何计算温度成为了科研人员需要进行解决的关键问题。现如今对电机温度计算的最有效的方法主要分为三种：第一种方法是LPIN法。这种计算方法的主要手段是把电机工作过程中每个部位的损失消耗都当成热能的来源放在相关的节点上，并且把这些热能的来源看成是电流，热阻看成是电阻，温度看成是电压，这样通过相关的公式和已知条件就可以计算出电机在工作过程中的温度变化差值。第二种方法是FEM法。这种方法是通过二维或三维空间进行温度计算。它通过切割高速永磁电机的实体模型，建立二维或三维空间，以此来计算出电机在工作过程中温度变化的差值。第三种方法是CFD法。这种计算方法不要求计算人员具有相关的工作经验，只要通过流固耦合和共轭传热这两种建立模型的技术就可以精确的计算出电机在工作过程中温度变化的差值。这是目前我国最先进、最准确的温度计算方法。 三、结束语 综上所述，高速永磁电机最重要的设计部分就是电机定子和转子的材质设计和结构设计，因此，如果想要设计出更好的高速永磁电机，就必须把重点放在对电机定子和转子的设计上，从而设计出具有良好性能的电机。到目前为止，电机的设计技术仍然存在很多的问
WORD文档可编辑 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用 起的磁阻转矩和单轴转 矩 下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起动过程中，质的转矩， 只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
第41卷第9期2007年9月 浙 江 大 学 学 报(工学版) Journal of Zhejiang University (Engineering Science ) Vol.41No.9 Sep.2007 收稿日期:20060317. 浙江大学学报(工学版)网址:https://www.360docs.net/doc/e517854343.html,/eng 基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(Y104442);教育部留学回国人员科研启动基金资助项目. 作者简介:周凤争(1981-),男,天津人,博士生,主要从事超高速永磁无刷直流电机的研究.E 2mail :zhoufengzheng @hot https://www.360docs.net/doc/e517854343.html, 通讯联系人:沈建新,男,教授,博导.E 2mail :j_x_shen @hot https://www.360docs.net/doc/e517854343.html, 从电机设计的角度减少高速永磁电机转子损耗 周凤争,沈建新,林瑞光 (浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027) 摘 要:高速永磁无刷直流电机的转子涡流损耗主要是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的.转子涡流损耗使电机的效率下降并能引起转子永磁体的退磁.从电机设计的角度,采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子损耗的影响.利用傅里叶变换,得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量,然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算高速电机转子损耗,并对解析计算结果通过有限元仿真加以验证.结果表明,3槽集中绕组结构中含有2次、4次等偶次空间谐波分量,该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗.定子结构对高速电机转子涡流损耗影响很大,合理地设计定子结构能够减小转子涡流损耗.关键词:永磁无刷直流电机;高速电机;转子损耗;定子结构;槽开口;气隙长度 中图分类号:TM351 文献标识码:A 文章编号:1008973X (2007)09158705 R eduction of rotor loss in high 2speed perm anent m agnet motors by design method ZHOU Feng 2zheng ,SH EN Jian 2xin ,L IN Rui 2guang (College of Elect rical Engineering ,Zhej iang Universit y ,H angz hou 310027,China ) Abstract :The rotor eddy current loss in high 2speed permanent magnet brushless direct current motors is mainly caused by the space harmonics and time harmonics of armature current and the airgap permeance variation due to slot 2openings.Rotor loss reduces the power efficiency and demagnetizes the magnets.From motor design aspect ,the influences of various stator structures ,slot opening width and airgap length on the rotor loss were studied through both analytical calculation and finite element simulation.The space harmonics of armature magnetic motive force were calculated by current 2sheet method and Fourier analysis.Then the rotor loss was derived based on an improved model with the skin depth and the eddy current reaction field taken into account.The results show that 2poles 23slots nonoverlapping motor exhibits high even 2order space harmonics of stator magnetic motive force ,and consequently causes much rotor loss.Different stator structures have an impact on the rotor eddy current loss and the rotor loss can be reduced by proper motor design. K ey w ords :permanent magnet brushless direct current motor ;high 2speed motor ;rotor lo ss ;stator st ruc 2t ure ;slot opening ;airgap lengt h 近年来,由于高速永磁无刷直流电机具有高功率密度、高效以及良好的可控性等优点而越来越得到工业界的青睐.但是高速电机的发展仍然受到一些技术问题的限制,例如,转子损耗在中、低速无刷 直流电机中往往是可以忽略的,但是在高速无刷电机中比较严重,能够引起转子永磁体的不可恢复性退磁.转子损耗主要是由风摩损耗和涡流损耗2部分构成的,减小风摩损耗可以通过增大气隙、降低定
WoRD文档可编辑 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流， 在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上 安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥 的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子 的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步 电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步 启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的 主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、由转子磁路不对称而引起的磁阻转矩和单轴转矩等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过 程中转速是振荡着上升的。在起动过程中，只有异步转矩是驱动性质的转矩， 电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为 主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体 脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现 转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。 一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图 1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入 式而言，各种结构都各有其各自的优点。