中型高效永磁同步电动机设计关键技术研究

本课题是国家高技术研究与发展(863)计划“九五”重大项目“钕铁硼电机应用产品开发”(863-Z37-03)的部分内容。本文对中型高效异步起动稀土永磁三相同步电动机设计中存在的关键技术问题进行了深入研究,得出了一些具有重要工程应用价值的成果。 本文的主要研究内容由以下几部分组成: 第一部分对中型高效异步起动永磁同步电动机的转子磁路结构型式进行了深入研究,提出了转子内置“永磁体极限安装量”概念,并推导出了转子磁路结构型式与永磁体安装极限量的关系,解决了由于电机功率大、转子横截面积与电机功率不成比例增加、置放足量永磁体困难的问题;应用三维电磁场有限元法对影响漏磁系数和电抗参数的因素进行了详细分析和计算,得出了转子结构参数对电抗参数和极间漏磁系数影响的关系曲线;对多段式转子结构的轴向漏磁系数进行了计算研究,找出了影响因素并得出了相应的关系曲线;设计出了适于中型异步起动永磁电动机的转子磁路结构。 第二部分对永磁电机转子机械结构设计方法进行了研究,应用非线性接触有限元方法对永磁电机转子铁心强度进行计算分析,避免了常规有限元法在计算有嵌入物体时所作简化带来的计算误差,并得出具有工程应用价值的相应结论。在考虑不平衡磁拉力存在的情况下,应用传递矩阵法计算出转子一阶、二阶和三阶临界转速。 第三部分通过对气隙、转子笼条横截面尺寸、隔磁桥宽度尺寸、转子槽口尺寸以及轴向通风孔面积和位置等参数变化对永磁电机性能的影响进行计算和分析,在转子叠片机械强度达到许用极限、通风孔面积基本满足通风量要求且其位置对凸极率影响最佳的条件下,提出了综合性能较佳的两种中型高效异步起动永磁同步电动机的设计方案。 第四部分对多段式结构永磁电机的永磁体轴向定位方法进行了研究,并制定相关构件的制造工艺。对永磁电机铁心冲剪工艺、通风槽板结构和制造工艺、转子起动笼条与端环结构和制造工艺以及总装配工艺进行全面研究,集成创新了经济适用的中型永磁电机制造和装配工艺。研制了先进、适用的5自由度永磁体安装机械手,并被用于中型永磁电机永磁体装配中,提高了安装效率,避免了永磁体安装过程中安全事故的发生。