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永磁电机转子设计与强度分析

发布于:2016-05-13 17:37
强度分析

      高速电动机和发电机的转速通常在30000 r/min以上,甚至转速可能会超过100000 r/min,定子齿和铁心中磁通的变化频率超过1kHz。高速高频电机的设计与普通低速低频的电机有很大的不同。转子与轴承系统的动力学和强度分析对高速电机的运行可靠性有着重要的意义。
      转子设计是高速永磁电机设计的重要环节,其中主要考虑的问题是:转子的直径和长度尺寸上的选取,永磁材料的选择和采用的保护方式(永磁体不能承受高速旋转时受到的巨大的离心力,必须选取高强度的材料来做保护),转子的强度和刚度分析,轴承的设计(高速电机不能采用普通的轴承而必须采用非接触式的空气轴承或磁力轴承)等。本研究着重论述转子强度和永磁体的保护问题。对于高速永磁电机来说,永磁转子的设计要统筹考虑电磁和机械两方面的要求,即永磁转子需要为定子绕组提供足够强的旋转磁场,同时永磁转子本身又要能承受高速旋转产生的巨大离心力。
      由于转子的离心力与转速的平方成正比,即与转子半径的平方成正比,为了减少离心力,转子外径应尽可能地小。然而,由于下述原因,转子外径不能太小。
      1)为了能够产生所需的电磁转矩和输出功率,转子应该有足够的空问安装永磁体,而定子必须有足够大的空问安顿铁心和绕组。
      2)转子应该具有足够的刚度,因而转子不能过于细长,直径与长度需要有一个合适的比例。
      高速电机的极数一般都较少,多数采用2极或4极。2极电机便于永磁体采用整体结构,以保证永磁转子机械和电磁性能的对称性。同时2极电机定子铁心磁场和绕组电流的频率仅为4极电机的一半,有利于减少电机定子的铁耗和铜耗。2极电机的主要缺点是定子绕组的端部较长,同时所需要的定子铁心匀巳部面积较大。
      从电磁和机械两个方面综合考虑,特别是从转子结构设计来看,采用2极方案比较合理。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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