盤(pán)式永磁電機(jī)綜述PPT課件

1、 1盤(pán)式永磁電機(jī)的發(fā)展背景 2國(guó)內(nèi)盤(pán)式永磁電機(jī) 3國(guó)外盤(pán)式永磁電機(jī) 4盤(pán)式永磁電機(jī)的主要特點(diǎn) 5盤(pán)式永磁電機(jī)的應(yīng)用 6盤(pán)式永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu) 7盤(pán)式永磁電機(jī)的發(fā)展前景目錄第1頁(yè)/共22頁(yè)盤(pán)式永磁電機(jī)的發(fā)展背景 1821 年，法拉第發(fā)明了世上第一臺(tái)電機(jī)，即軸向磁場(chǎng)永磁電 機(jī)的雛形。受當(dāng)時(shí)材料和工藝水平限制，AFPM 電機(jī)未能得到 進(jìn)一步發(fā)展。在圓柱式盤(pán)式電機(jī)應(yīng)用過(guò)程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)其 存在冷卻困難及鐵心利用率低等弱點(diǎn)，因而20世紀(jì)40年代起 AFPM電機(jī)重新回歸業(yè)界視野并得到重視。目前，國(guó)外已開(kāi)發(fā) 了各種不同結(jié)構(gòu)的AFPM電機(jī)，即從較早期的AFPM有刷直流電 動(dòng)機(jī)到較近期出現(xiàn)的AFPM無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

2、和AFPM同步電動(dòng)機(jī) 等。其應(yīng)用范圍在逐漸擴(kuò)大，功率等級(jí)從數(shù)瓦級(jí)至近兆瓦級(jí)。第2頁(yè)/共22頁(yè) 20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，隨著功率電子器件、電子控制技術(shù) 的進(jìn)步及高磁能積稀土永磁材料的出現(xiàn)，給電機(jī)帶來(lái)了“革 命”。永磁材料的采用，使電機(jī)的拓?fù)溆辛硕鄻拥淖兓?。在?多類(lèi)型的永磁電機(jī)中，盤(pán)式永磁(AFPM)電機(jī)是值得注意的 一種。與傳統(tǒng)的圓柱形電機(jī)的徑向磁場(chǎng)不同，AFPM電機(jī)氣 隙為平面型，氣隙磁場(chǎng)為軸向式，軸向尺寸短，比轉(zhuǎn)矩大， 還可以制成多盤(pán)結(jié)構(gòu)，特別適合用于軸向空間受限制，或需 低速和大轉(zhuǎn)矩性能以實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)合，如電動(dòng)車(chē)輛、 風(fēng)力發(fā)電、伺服驅(qū)動(dòng)、升降機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人及一些工業(yè)設(shè)備。 AF

3、PM電機(jī)將會(huì)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用并在這些領(lǐng)域引起技術(shù) 革新。盤(pán)式永磁電機(jī)的發(fā)展背景第3頁(yè)/共22頁(yè)國(guó)內(nèi)盤(pán)式永磁電機(jī) 我國(guó)盤(pán)式永磁電機(jī)的開(kāi)發(fā)主要是小功率有刷永磁電機(jī)， 現(xiàn)已形成規(guī)模生產(chǎn)，而盤(pán)式永磁無(wú)刷電機(jī)的開(kāi)發(fā)工作仍處于 起步階段。目前，國(guó)內(nèi)已有數(shù)家企業(yè)生產(chǎn)盤(pán)式永磁無(wú)刷電 機(jī)，但規(guī)模還較小，產(chǎn)品種類(lèi)也不多，多為無(wú)鐵心型。有槽 鐵心的生產(chǎn)需要特殊的裝備，國(guó)內(nèi)目前只有少數(shù)幾家生產(chǎn)盤(pán) 式感應(yīng)電機(jī)的廠家有這種設(shè)備，且只能繞制直徑不大的鐵心。 采用無(wú)鐵心方式能避免此種限制，可生產(chǎn)出較大直徑的定子 盤(pán)。如蘇州市三禾機(jī)電有限公司生產(chǎn)的直驅(qū)盤(pán)式永磁風(fēng)力發(fā) 電機(jī)，即為外轉(zhuǎn)子、無(wú)鐵心式。該電機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩低、額 定轉(zhuǎn)

4、速低、效率高等特點(diǎn)，功率為105 000 W，額定轉(zhuǎn)速 60200 r/min，啟動(dòng)風(fēng)速小于1 m/s，特別適合于垂直軸風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組，其5 kW盤(pán)式永磁電機(jī)的定子盤(pán)直徑已達(dá)到765 mm。第4頁(yè)/共22頁(yè)5 kW盤(pán)式永磁電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)第5頁(yè)/共22頁(yè) 國(guó)外開(kāi)發(fā)了一些中大功率AFPM電機(jī)，形成了系 列化商品并成功地運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。美國(guó)Kaman Aerospace 公司開(kāi)發(fā)的PA系列大型盤(pán)式永磁無(wú)刷電 機(jī)采用內(nèi)轉(zhuǎn)子、鐵心開(kāi)槽結(jié)構(gòu)，主要用于石油鉆井、 船舶、車(chē)輛及國(guó)防應(yīng)用領(lǐng)域。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、重 量輕、效率和可靠性高，特別適合于可移動(dòng)鉆井平 臺(tái)使用。表示出其PA44系列產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)。加

5、拿大Tesco公司生產(chǎn)的ECI頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)（圖）就采 用PA44 系列盤(pán)式永磁電動(dòng)機(jī)，取代了傳統(tǒng)的感應(yīng) 電動(dòng)機(jī)或有刷直流電動(dòng)機(jī)。國(guó)外盤(pán)式永磁電機(jī)第6頁(yè)/共22頁(yè)第7頁(yè)/共22頁(yè)第8頁(yè)/共22頁(yè) 與普通圓柱式永磁電機(jī)相比，AFPM電機(jī)有以下特點(diǎn)：（1）直徑與長(zhǎng)度之比較大，電機(jī)較扁；（2）氣隙為平面型且可調(diào)節(jié)；（3）比功率較高，鐵心用材較少；（4）盤(pán)式拓?fù)溆欣谀K化設(shè)計(jì)；（5）鐵心直徑較大，可采用較多極數(shù)，電機(jī)適合高頻或低速運(yùn)用。 因而，盤(pán)式電機(jī)更適合用于伺服、牽引、分布式發(fā)電及特殊應(yīng)用場(chǎng)合。盤(pán)式永磁電機(jī)的主要特點(diǎn)第9頁(yè)/共22頁(yè) 盤(pán)式永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩密度高，由此帶來(lái)的關(guān)鍵技術(shù)之一是冷卻系統(tǒng)

6、的合理設(shè)計(jì)和電機(jī)溫度場(chǎng)分布，需要進(jìn)行三維流場(chǎng)-溫度場(chǎng)耦合分析。 電機(jī)的溫度場(chǎng)分布取決于冷卻介質(zhì)和損耗的分布，為了能夠獲得電機(jī)溫度的準(zhǔn)確分布，需要建立永磁電機(jī)磁場(chǎng)電路流場(chǎng)溫度場(chǎng)的耦合計(jì)算模型，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段完成熱性能分析，從而降低試驗(yàn)成本，縮短設(shè)計(jì)周期。盤(pán)式永磁電機(jī)的主要特點(diǎn)第10頁(yè)/共22頁(yè) 盤(pán)式永磁電機(jī)的氣隙是平面型的，氣隙磁場(chǎng)是軸向的，可以使電機(jī)制成扁平型，可獲得很高的轉(zhuǎn)矩密度。如制成多氣隙組合式結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)矩，特別適合于大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動(dòng)裝置。電機(jī)的溫度場(chǎng)分布取決于冷卻介質(zhì)和損耗的分布，為了能夠獲得電機(jī)溫度的準(zhǔn)確分布，需要建立永磁電機(jī)磁場(chǎng)電路流場(chǎng)溫度場(chǎng)的耦合計(jì)算模型，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段

7、完成熱性能分析，從而降低試驗(yàn)成本，縮短設(shè)計(jì)周期。 盤(pán)式永磁電機(jī)的主要特點(diǎn)第11頁(yè)/共22頁(yè)磁場(chǎng)分布 磁場(chǎng)電路耦合計(jì)算 電流波形 第12頁(yè)/共22頁(yè)流速分布轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)分布電機(jī)整機(jī)的溫度場(chǎng)分布第13頁(yè)/共22頁(yè)180kW盤(pán)式永磁電機(jī) 其轉(zhuǎn)矩密度達(dá)8.5kN/m2，為傳統(tǒng)電機(jī)的2倍左右。 第14頁(yè)/共22頁(yè) 盤(pán)式永磁電機(jī)由于其自身的特點(diǎn)，在一些空間受限制、 要求低速直驅(qū)的場(chǎng)合將得到優(yōu)先使用，在牽引、分布式電源、 伺服、軍工等領(lǐng)域有其競(jìng)爭(zhēng)的空間。盤(pán)式永磁電機(jī)的研究和 應(yīng)用在國(guó)外已有幾十年的歷史，而我國(guó)在這方面尚處于起步 階段。因此，我國(guó)可考慮先開(kāi)發(fā)功率較小的盤(pán)式永磁發(fā)電 機(jī)，用于汽車(chē)發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電

8、、應(yīng)急發(fā)電機(jī)組等方面；在 此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)盤(pán)式永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，不僅可用于 電動(dòng)車(chē)輛，也可派生用于其他領(lǐng)域，如節(jié)能型風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī) 等驅(qū)動(dòng)。盤(pán)式永磁無(wú)刷電機(jī)還可以向大功率、高轉(zhuǎn)速方向發(fā) 展，以便用于更多領(lǐng)域。盤(pán)式永磁電機(jī)的應(yīng)用第15頁(yè)/共22頁(yè) 根據(jù)氣隙結(jié)構(gòu)，AFPM電機(jī)可分為單氣隙 式、雙氣隙式或多氣隙式。根據(jù)定子和轉(zhuǎn)子 的相對(duì)位置，雙氣隙式AFPM電機(jī)還可采用內(nèi) 轉(zhuǎn)子式（即中間為轉(zhuǎn)子）或外轉(zhuǎn)子式（即中 間為定子）等多種結(jié)構(gòu)。盤(pán)式永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)第16頁(yè)/共22頁(yè) 盤(pán)式永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)a) 單邊b) 外轉(zhuǎn)子c) 內(nèi)轉(zhuǎn)子d) 多盤(pán)第17頁(yè)/共22頁(yè)單氣隙型第18頁(yè)/共22頁(yè)雙氣隙型第19頁(yè)/共22頁(yè) 國(guó)外在盤(pán)式永磁電機(jī)研究上，一方面致力于改 進(jìn)電機(jī)性能，如減輕重量、減少損耗、增加功率 密度；另一方面，致力于容易制造和批量生產(chǎn)。 由此，不