稀土永磁電機(jī)的研究與物理場(chǎng)分析市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

稀土永磁電機(jī)

研究與多物理場(chǎng)分析唐任遠(yuǎn)國(guó)家稀土永磁電機(jī)工程技術(shù)研究中心第1頁(yè)靠電流產(chǎn)生稀土永磁產(chǎn)生效率低功率因數(shù)低可靠性低高效、高功率因數(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠體積小、重量輕形狀和尺寸靈活多樣電機(jī)磁場(chǎng)反應(yīng)快，動(dòng)態(tài)性能好第2頁(yè)稀土永磁電機(jī)與電力電子技術(shù)、當(dāng)代控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合

能夠部分替換傳統(tǒng)電勵(lì)磁電機(jī)

能夠?qū)崿F(xiàn)電勵(lì)磁電機(jī)所難以到達(dá)高性能

第3頁(yè)稀土永磁電機(jī)發(fā)展方向大功率化

高功效化

微型化

小型

大型功率體積重量幾mW直徑0.8mm、長(zhǎng)1.2mm幾十MW直徑12m一百多噸轉(zhuǎn)速幾小時(shí)1轉(zhuǎn)每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)第4頁(yè)應(yīng)用場(chǎng)所遍布計(jì)算機(jī)、工程裝備、交通運(yùn)輸、風(fēng)力發(fā)電、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、航空、航海、航天、兵器等各個(gè)領(lǐng)域，顯示出了強(qiáng)大生命力。電機(jī)結(jié)構(gòu)也不再局限于傳統(tǒng)徑向磁通結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了無(wú)鐵心、軸向磁通、橫向磁通、直線、雙定子、雙轉(zhuǎn)子等新型結(jié)構(gòu)。

第5頁(yè)中國(guó)稀土資源豐富

品種全、質(zhì)量高、得天獨(dú)厚！年世界稀土資源分布情況第6頁(yè)1996年年燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量分布我國(guó)釹鐵硼永磁產(chǎn)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)第7頁(yè)中國(guó)稀土礦儲(chǔ)量居世界首位，燒結(jié)釹鐵硼永磁產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量四分之三左右。這一得天獨(dú)厚豐富資源為中國(guó)稀土永磁電機(jī)發(fā)展和應(yīng)用提供了極為有利條件。第8頁(yè)稀土永磁電機(jī)追求到達(dá)高功率密度、高效率、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)和低速平穩(wěn)性、低振動(dòng)噪聲電機(jī)電磁負(fù)荷高，結(jié)構(gòu)新奇而又多樣，增加了設(shè)計(jì)分析、仿真計(jì)算和研究開(kāi)發(fā)復(fù)雜性。

第9頁(yè)電機(jī)內(nèi)存在著各種不一樣類(lèi)型多場(chǎng)耦合系統(tǒng)

包括到電磁、機(jī)械、電子、流體、熱學(xué)等多個(gè)學(xué)科相互影響

利用和發(fā)展多場(chǎng)耦合系統(tǒng)，搞清各種場(chǎng)分布規(guī)律及其控制技術(shù)。在此基礎(chǔ)上對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行綜合分析比較和優(yōu)化。第10頁(yè)分類(lèi)1新型結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)2永磁發(fā)電機(jī)3交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)4高效異步起動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)第11頁(yè)1

新型結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)

第12頁(yè)伴隨電動(dòng)車(chē)、磁懸浮列車(chē)和艦船電力推進(jìn)等大功率電氣傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展,人們對(duì)低速、高轉(zhuǎn)矩密度、直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求日益迫切,以減小電機(jī)體積、重量和原材料消耗,提升電機(jī)功率（轉(zhuǎn)矩）密度。第13頁(yè)軸向磁通（盤(pán)式）永磁電機(jī)橫向磁通永磁電機(jī)無(wú)鐵心永磁電機(jī)為更加好地適應(yīng)這些特殊行業(yè)需要，在傳統(tǒng)徑向磁通永磁電機(jī)基礎(chǔ)上出現(xiàn)了:第14頁(yè)1.1盤(pán)式永磁電機(jī)

盤(pán)式永磁電機(jī)氣隙是平面型，氣隙磁場(chǎng)是軸向，能夠使電機(jī)制成扁平型，可取得很高轉(zhuǎn)矩密度。如制成多氣隙組合式結(jié)構(gòu)，能夠深入提升轉(zhuǎn)矩，尤其適合于大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動(dòng)裝置。

第15頁(yè)1.1盤(pán)式永磁電機(jī)

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16頁(yè)1.1盤(pán)式永磁電機(jī)

盤(pán)式永磁電機(jī)優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩密度高，由此帶來(lái)關(guān)鍵技術(shù)之一是冷卻系統(tǒng)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。

第17頁(yè)1.1盤(pán)式永磁電機(jī)

電機(jī)溫度場(chǎng)分布取決于冷卻介質(zhì)和損耗分布，為了能夠取得電機(jī)溫度準(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)耦累計(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。第18頁(yè)磁場(chǎng)分布

磁場(chǎng)－電路耦累計(jì)算

電流波形

1.1盤(pán)式永磁電機(jī)

第19頁(yè)磁場(chǎng)－電路耦累計(jì)算焦耳熱流場(chǎng)－溫度場(chǎng)耦累計(jì)算熱源

1.1盤(pán)式永磁電機(jī)

第20頁(yè)1.1盤(pán)式永磁電機(jī)

流速分布轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)分布電機(jī)整機(jī)溫度場(chǎng)分布第21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)2倍左右。

1.1盤(pán)式永磁電機(jī)

第22頁(yè)1.2橫向磁通永磁電機(jī)

傳統(tǒng)電機(jī)齒和槽在同一平面內(nèi)，齒寬和槽寬相互制約。改成橫向磁通電機(jī)后能夠使轉(zhuǎn)矩密度相當(dāng)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電機(jī)2～5倍，尤其適合用于車(chē)、船等直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)所。傳統(tǒng)徑向磁通電機(jī)磁路第23頁(yè)1.2橫向磁通永磁電機(jī)

橫向磁通永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,內(nèi)部磁場(chǎng)呈復(fù)雜三維分布,在轉(zhuǎn)子和定子鐵心齒部,磁通沿徑向流通,而定子鐵心軛部磁通沿軸向流通,流通方向相互垂直。橫向磁通電機(jī)磁路需要用三維電磁場(chǎng)分析計(jì)算來(lái)搞清其電磁場(chǎng)分布規(guī)律和優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)律，進(jìn)而提升其性能。第24頁(yè)橫向磁通電機(jī)一個(gè)經(jīng)典結(jié)構(gòu)圖1.2橫向磁通永磁電機(jī)

第25頁(yè)定子結(jié)構(gòu)1.2橫向磁通永磁電機(jī)

第26頁(yè)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1.2橫向磁通永磁電機(jī)

第27頁(yè)1.2橫向磁通永磁電機(jī)

電機(jī)磁密分布端部漏磁很大。定子齒外端磁密較低，越往里齒磁密越高，在軛部與齒部交接面最高。第28頁(yè)1.2橫向磁通永磁電機(jī)

氣隙磁密分布圖每一個(gè)氣隙帶磁密分布相間，呈半正弦波形磁密分布，即一段磁密到達(dá)正最大幅值，而相連下一段則出現(xiàn)零磁密。第29頁(yè)1.2橫向磁通永磁電機(jī)

氣隙磁密分布圖對(duì)于內(nèi)外氣隙磁密帶，分布恰好相對(duì)，即外氣隙帶出現(xiàn)磁密正最大幅值時(shí)，內(nèi)氣隙帶則出現(xiàn)零磁密，反之亦然。第30頁(yè)1.2橫向磁通永磁電機(jī)

15kW橫向磁通永磁電機(jī)照片功率因數(shù)為0.8，轉(zhuǎn)矩密度為傳統(tǒng)電機(jī)2.5倍左右。第31頁(yè)橫向磁通永磁電機(jī)試驗(yàn)中1.2橫向磁通永磁電機(jī)

第32頁(yè)傳統(tǒng)電機(jī)磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生，為了降低磁路磁阻，都選取高磁導(dǎo)率硅鋼片疊壓制成定、轉(zhuǎn)子鐵心，造成體積大、重量大(鐵心重占總重60%左右)、損耗大(鐵心損耗占總損耗20%~30%)、振動(dòng)噪聲大(鐵心有齒有槽是產(chǎn)生電磁噪聲根源)，難以滿足高性能調(diào)速系統(tǒng)要求。1.3無(wú)鐵心永磁電機(jī)

第33頁(yè)利用釹鐵硼永磁高矯頑力（約900kA/m）優(yōu)異特征而不用或少用硅鋼片，制成無(wú)鐵心永磁電機(jī)，則電機(jī)重量能夠大幅度下降、效率提升、振動(dòng)噪聲顯著降低，同時(shí)含有更低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、更加快響應(yīng)速度、更寬調(diào)速范圍、更長(zhǎng)使用壽命。1.3無(wú)鐵心永磁電機(jī)

無(wú)鐵心電機(jī)三維磁場(chǎng)是開(kāi)域，分析計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)之一是怎樣確定三維開(kāi)域場(chǎng)邊界條件和對(duì)計(jì)算結(jié)果有效處理。第34頁(yè)無(wú)鐵心永磁電機(jī)氣隙表面磁密矢量分布

無(wú)鐵心電機(jī)磁密矢量分布圖從圖中能夠看出,沿圓周方向,磁場(chǎng)呈周期性分布,在電機(jī)端部有一個(gè)很大軸向分量磁密。1.3無(wú)鐵心永磁電機(jī)

第35頁(yè)已制成2.2kW8極無(wú)鐵心永磁電機(jī)實(shí)物照片，其效率90％，功率密度比傳統(tǒng)電機(jī)提升1倍以上，噪聲57dB。

電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子實(shí)物照片

1.3無(wú)鐵心永磁電機(jī)

第36頁(yè)無(wú)鐵心電機(jī)與同規(guī)格Y2系列感應(yīng)電動(dòng)機(jī)對(duì)比分析電機(jī)型號(hào)Y2-132S-8TYB2200-750比較結(jié)果中心高132112額定功率/W22002200效率/％78.089.8提升11.8％功率因數(shù)0.710.95提升0.24功率密度/W·kg－133.8568.75提升103％噪聲/dB(A)7157降低14dB（A）1.3無(wú)鐵心永磁電機(jī)

該類(lèi)電機(jī)在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、電動(dòng)車(chē)、電梯、家用電器等要求較高控制場(chǎng)所含有遼闊應(yīng)用前景。第37頁(yè)2永磁發(fā)電機(jī)

第38頁(yè)永磁發(fā)電機(jī)

直驅(qū)低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

半直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)

第39頁(yè)2.1直驅(qū)低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

當(dāng)前，兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)電場(chǎng)中占主導(dǎo)地位，而直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它省去了增速齒輪箱，大大提升了可靠性和效率，提升了單位kW發(fā)電量。國(guó)內(nèi)已成功開(kāi)發(fā)出1~3MW直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，每分鐘只有十幾轉(zhuǎn)。

第40頁(yè)單支撐結(jié)構(gòu)直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.1直驅(qū)低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

第41頁(yè)2.1直驅(qū)低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

因?yàn)殡姍C(jī)結(jié)構(gòu)及受力情況比較復(fù)雜，采取傳統(tǒng)計(jì)算已經(jīng)不能滿足要求，故需采取有限元軟件對(duì)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度分析計(jì)算。

第42頁(yè)計(jì)算時(shí)對(duì)模型接觸進(jìn)行一定簡(jiǎn)化，對(duì)模型施加對(duì)應(yīng)載荷及約束進(jìn)行強(qiáng)度分析，可得到不一樣構(gòu)件位移場(chǎng)分布矢量圖及重力方向位移云圖。2.1直驅(qū)低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

轉(zhuǎn)子支架位移場(chǎng)分布矢量圖及重力方向位移云圖錐形支撐位移場(chǎng)分布矢量圖及重力方向位移云圖第43頁(yè)2.2半直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

因?yàn)樵谝粯庸β蕰r(shí)，電機(jī)重量與其轉(zhuǎn)速成反比，MW級(jí)直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)重幾十噸，甚至一百多噸，運(yùn)輸和吊裝都比較困難。發(fā)電機(jī)吊裝圖第44頁(yè)每臺(tái)電機(jī)用釹鐵硼永磁1噸多。所以又出現(xiàn)了經(jīng)一級(jí)齒輪增速半直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，150～200rpm，重量能夠成倍減小。半直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)2.2半直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

第45頁(yè)2.3混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中為了保持電壓不變，需要進(jìn)行磁場(chǎng)調(diào)整。對(duì)于永磁發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)速改變或負(fù)載電流改變會(huì)造成輸出電壓變動(dòng)，但因?yàn)橛来烹姍C(jī)氣隙磁場(chǎng)是由永磁體和磁路磁導(dǎo)決定，調(diào)整氣隙磁場(chǎng)困難而造成電壓調(diào)整困難。

第46頁(yè)綜合電勵(lì)磁及永磁體勵(lì)磁兩種電機(jī)優(yōu)點(diǎn)混合勵(lì)磁同時(shí)發(fā)電機(jī)能夠依據(jù)電壓改變經(jīng)過(guò)改變電勵(lì)磁電流大小和方向來(lái)調(diào)整磁場(chǎng)，進(jìn)而調(diào)整電壓實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷化，免維護(hù)輔助電勵(lì)磁部分損耗小，保留了永磁發(fā)電機(jī)高效率特點(diǎn)2.3混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)第47頁(yè)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)一個(gè)經(jīng)典結(jié)構(gòu)

2.3混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)第48頁(yè)以一臺(tái)功率為7.5kW、4極混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)為例

樣機(jī)定子和轉(zhuǎn)子2.3混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)第49頁(yè)該電機(jī)含有以下特點(diǎn)：（1）不加電勵(lì)磁時(shí)，發(fā)電機(jī)固有電壓調(diào)整率為10.72%；加電勵(lì)磁時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整率僅在1%范圍內(nèi)(3)效率高，在額定負(fù)載時(shí)，效率達(dá)91.26%

(4)空載線電壓波形畸變率小，僅為1.98%

(2)調(diào)整特征基本呈直線分布，調(diào)整特征好2.3混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)第50頁(yè)3交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)第51頁(yè)高性能永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快低速平穩(wěn)性好

效率高、功率因數(shù)高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小它廣泛用于機(jī)床、機(jī)器人、電動(dòng)車(chē)、電梯、家用電器等場(chǎng)所。

第52頁(yè)3.1轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)仿真及抑制近年來(lái)永磁交流伺服電機(jī)采取槽數(shù)與極數(shù)靠近分?jǐn)?shù)槽繞組越來(lái)越多，經(jīng)過(guò)三維電磁場(chǎng)分析可得，因?yàn)椴扇〔蹟?shù)與極數(shù)相近分?jǐn)?shù)槽繞組，在電機(jī)漏磁通中存在著齒頂漏磁通。齒頂漏磁示意圖

第53頁(yè)永磁體產(chǎn)生磁通經(jīng)過(guò)氣隙進(jìn)入定子后，有一部分經(jīng)過(guò)定子齒后又返回轉(zhuǎn)子，并未匝鏈定子繞組，這部分磁通稱(chēng)為齒頂漏磁通。當(dāng)極數(shù)和槽數(shù)相近時(shí)，齒頂漏磁通占整個(gè)漏磁通百分比很大，有高達(dá)50.4%，需要進(jìn)行詳細(xì)分析計(jì)算。3.1轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)仿真及抑制第54頁(yè)不一樣極槽配合分?jǐn)?shù)槽繞組產(chǎn)生諧波次數(shù)及大小都是不一樣，由此產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小不盡相同，采取有限元分析軟件進(jìn)行場(chǎng)路耦合仿真。

8極9槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)曲線不一樣極槽配合下轉(zhuǎn)矩波動(dòng)

極槽數(shù)8-98-368-48轉(zhuǎn)矩波動(dòng)9.4%13.2%17.6%3.1轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)仿真及抑制第55頁(yè)對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩需采取各種辦法加以抑制，如：3.1轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)仿真及抑制這些使三維磁場(chǎng)計(jì)算更為復(fù)雜。優(yōu)化磁極形狀將定子槽斜槽或永磁體斜極增設(shè)輔助槽優(yōu)化極弧因數(shù)第56頁(yè)辦法之一是斜極在徑向磁通電機(jī)中斜極永磁體機(jī)構(gòu)在軸向磁通電機(jī)中斜極結(jié)構(gòu)3.1轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)仿真及抑制第57頁(yè)3.2三維瞬態(tài)磁場(chǎng)－聲場(chǎng)耦合分析電機(jī)振動(dòng)噪聲高性能伺服系統(tǒng)要求電機(jī)振動(dòng)噪聲很低，需要采取振動(dòng)噪聲抑制技術(shù)，為此需要進(jìn)行三維瞬態(tài)磁場(chǎng)-聲場(chǎng)額耦合分析計(jì)算。第58頁(yè)聲場(chǎng)分析是流體—結(jié)構(gòu)相互作用耦合場(chǎng)計(jì)算，是瞬態(tài)聲學(xué)分析。流體和結(jié)構(gòu)在網(wǎng)格界面處相互作用引發(fā)聲壓施加給結(jié)構(gòu)一個(gè)強(qiáng)迫力，而且結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)有效“流體載荷”。流固耦合邊界標(biāo)志3.2三維瞬態(tài)磁場(chǎng)－聲場(chǎng)耦合分析電機(jī)振動(dòng)噪聲第59頁(yè)

a）定子四階模態(tài)b）整機(jī)七階模態(tài)模態(tài)

樣機(jī)計(jì)算值/dB(A)試驗(yàn)值/dB(A)誤差(%)162.860.763.4276.272.515.1382.982.01.1有限元計(jì)算噪聲與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3.2三維瞬態(tài)磁場(chǎng)－聲場(chǎng)耦合分析電機(jī)振動(dòng)噪聲第60頁(yè)節(jié)點(diǎn)壓力云圖節(jié)點(diǎn)位移云圖3.2三維瞬態(tài)磁場(chǎng)－聲場(chǎng)耦合分析電機(jī)振動(dòng)噪聲有限元計(jì)算振動(dòng)速度與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比樣機(jī)計(jì)算值/mm﹒s-1試驗(yàn)值/mm﹒s-1誤差(%)11.511.531.320.9921.022.7第61頁(yè)針對(duì)8極9槽、8極36槽和8極48槽三臺(tái)徑向結(jié)構(gòu)永磁同時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)它們?cè)肼暣笮∵M(jìn)行分析計(jì)算。選取了8極9槽、8極36槽和8極48槽三臺(tái)徑向結(jié)構(gòu)永磁同時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)它們?cè)肼暣笮∵M(jìn)行分析計(jì)算。不一樣極槽配合電磁噪聲計(jì)算

極槽配合計(jì)算值dB（A）實(shí)測(cè)值dB（A）誤差(%)8極9槽71.44702.068極36槽55.7659.66.448極48槽54.1450.76.793.2三維瞬態(tài)磁場(chǎng)－聲場(chǎng)耦合分析電機(jī)振動(dòng)噪聲第62頁(yè)在由脈寬調(diào)制（PWM）控制永磁交流電動(dòng)機(jī)組成系統(tǒng)中，電流開(kāi)關(guān)頻率和時(shí)間諧波影響更為顯著。電動(dòng)機(jī)噪聲與振動(dòng)主要取決于以下幾個(gè)原因：（1）極數(shù)和槽數(shù)配合；（2）工作頻率；（3）逆變器開(kāi)關(guān)（載波）頻率；（4）機(jī)械固有頻率和系統(tǒng)模態(tài)。3.2三維瞬態(tài)磁場(chǎng)－聲場(chǎng)耦合分析電機(jī)振動(dòng)噪聲第63頁(yè)

空載聲壓級(jí)隨開(kāi)關(guān)頻率和基波頻率改變從開(kāi)關(guān)頻率改變規(guī)律可見(jiàn)，開(kāi)關(guān)頻率越高，噪聲越低。3.2三維瞬態(tài)磁場(chǎng)－聲場(chǎng)耦合分析電機(jī)振動(dòng)噪聲第64頁(yè)3.3高精度高速交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)右圖顯示開(kāi)發(fā)機(jī)床用交流伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)床用交流伺服電動(dòng)機(jī)

第65頁(yè)交流伺服電機(jī)使用中3.3高精度高速交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)第66頁(yè)機(jī)床用交流伺服電機(jī)主要性能指標(biāo)

性能指標(biāo)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩6N·m12N·m22N·m效率/%84.590.989.1功率因數(shù)0.940.970.98轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/(kg·m)0.00250.00840.0125振動(dòng)/(mm·s-1)1.21.82.5噪聲/dB（A）64.259.974.03.3高精度高速交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)第67頁(yè)3.4直驅(qū)低速交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)無(wú)齒輪曳引電梯用永磁同時(shí)電機(jī)含有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要減速箱，工藝愈加簡(jiǎn)單，同時(shí)減小體積和重量，提升有效空間利用率。

2、振動(dòng)小噪聲低，尤其是在低速運(yùn)行區(qū)域，優(yōu)勢(shì)愈加顯著，運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)速精度高。傳統(tǒng)有齒輪曳引電梯噪聲大部分來(lái)自于齒輪箱產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和高速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)本身振動(dòng)和噪聲。3、因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了無(wú)齒輪調(diào)速，省去了齒輪上損耗，提升了效率。同時(shí)采取永磁體勵(lì)磁后，不需要?jiǎng)?lì)磁電流，沒(méi)有勵(lì)磁損耗，也可使效率提升。4、可布置出各種曳引方式無(wú)機(jī)房電梯，即使在有機(jī)房和小機(jī)房布置時(shí)也顯示出較高自由度和靈活度。

5、安全、可靠、舒適度好。第68頁(yè)原有齒輪傳動(dòng)曳引機(jī)，即使電機(jī)效率高達(dá)94%，但因齒輪箱存在，綜合效率僅為65％左右，且振動(dòng)噪聲很大，維護(hù)也較困難?，F(xiàn)采取無(wú)齒輪曳引后，效率可提升近25個(gè)百分點(diǎn)，有功節(jié)電率可達(dá)28.9％。

3.4直驅(qū)低速交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)第69頁(yè)電梯電機(jī)實(shí)物照片

曳引機(jī)用交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖3.4直驅(qū)低速交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)第70頁(yè)電機(jī)磁密分布圖3.4直驅(qū)低速交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)第71頁(yè)電機(jī)磁力線分布圖3.4直驅(qū)低速交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)第72頁(yè)4超超高效異步起動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)

第73頁(yè)據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）年7月工作匯報(bào)，經(jīng)過(guò)改進(jìn)電動(dòng)機(jī)效率結(jié)合變頻調(diào)速能夠節(jié)約大約7％電能，其中大致有1/4～1/3是靠提升電動(dòng)機(jī)效率來(lái)取得，其余部分則來(lái)自系統(tǒng)改進(jìn)。當(dāng)前，美、歐、日、澳大利亞、巴西等國(guó)都紛紛制訂電動(dòng)機(jī)效率限值，并強(qiáng)制執(zhí)行。

為協(xié)調(diào)各國(guó)能效分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，年IEC制訂一項(xiàng)新能效標(biāo)準(zhǔn)IEC60034-30。該標(biāo)準(zhǔn)將普通用途電動(dòng)機(jī)效率水平分為IE1、IE2、IE3和IE4四級(jí)。

第74頁(yè)IE1為標(biāo)準(zhǔn)效率，相當(dāng)于我國(guó)當(dāng)前生產(chǎn)普通系列感應(yīng)電動(dòng)機(jī)效率水平；IE2為高效率，比普通電機(jī)效率平均提升2.75個(gè)百分點(diǎn)，損耗平均下降20％左右；IE3為超高效率，即效率再提升1.5～2個(gè)百分點(diǎn)，損耗平均再降低15％左右；IE4為超超高效率，損耗預(yù)計(jì)再下降20％左右，需要進(jìn)行全新電機(jī)設(shè)計(jì)，建立新體系結(jié)構(gòu)（新電機(jī)極數(shù)、速度范圍），采取更高性能材料。第75頁(yè)總結(jié)我國(guó)研發(fā)生產(chǎn)高效永磁電動(dòng)機(jī)經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌虻贸觯河来烹妱?dòng)機(jī)輕易做到高效率，即到達(dá)IE2級(jí)效率值。深入優(yōu)化設(shè)計(jì)，采取高性能硅鋼片和先進(jìn)工藝，在降低一個(gè)機(jī)座號(hào)或者縮短鐵心情況下，能夠到達(dá)超高效，即IE3級(jí)效率值。

在不降低機(jī)座號(hào)或適當(dāng)增加鐵心情況下，部分規(guī)格可能到達(dá)超超高效，即IE4級(jí)效率值。

第76頁(yè)需要說(shuō)明是，這些產(chǎn)品是在IEC60034-30頒布之前研發(fā)生產(chǎn)，與IE3和IE4效率值稍有出入，只要調(diào)整設(shè)計(jì)和優(yōu)化，就能夠到達(dá)所要求標(biāo)準(zhǔn)。第77頁(yè)4.1三維場(chǎng)－路耦合分析起動(dòng)過(guò)程異步起動(dòng)永磁同時(shí)電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)方面較感應(yīng)電機(jī)和電勵(lì)磁同時(shí)電機(jī)異步起動(dòng)過(guò)程更為復(fù)雜。采取有限元分析軟件進(jìn)行場(chǎng)路耦合仿真。第78頁(yè)起動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)速曲線

起動(dòng)過(guò)程中T-n曲線

4.1三維場(chǎng)－路耦合分析起動(dòng)過(guò)程第79頁(yè)4.2化纖紡織用超超高效高牽入轉(zhuǎn)矩永磁同時(shí)電動(dòng)機(jī)

在相同負(fù)載情況下，化纖紡織用電機(jī)尺寸普通比普通電機(jī)大1～2個(gè)功率等級(jí)，使得電機(jī)在運(yùn)行時(shí)存在“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。

國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)多年研究，所開(kāi)發(fā)7.5kW4極、15kW4極電機(jī)在體積不增大情況下能夠到達(dá)超高效甚至超超高效性能指標(biāo)。

第80頁(yè)15kW高效高牽入轉(zhuǎn)矩永磁同時(shí)電動(dòng)機(jī)在