[发明专利]一种22KW永磁同步电机设计方法

说明书

技术领域

本发明属于机电制造技术领域，具体涉及一种22KW永磁同步电机设计方法。

背景技术

我国素有“世界电动机生产制造基地”之称，据统计，现有各类电动机系统总装机容量约7亿kW，年耗电量超过1万亿kWh，约占全国总发电量的60％，占工业耗电量的75％左右。目前电机平均效率比发达国家低3～5个百分点，运行效率比国外先进水平低10～20个百分点，由于效率低造成的每年电能浪费近2000亿kWh，相当于2.5个三峡电站每年的发电量。因此，电动机既是耗电大户，也是最具有节能潜力的领域。根据最新的IEC标准，美国从2010年开始强制执行IE3标准，电动机平均效率接近92％；欧盟国家从2011年开始强制执行IE2标准，电动机平均效率约为90％。我国早在2002年就制定了电动机能效标准，并几经修订，2011年开始部分强制执行最低能效标准。尽管如此，我国现有电动机能效水平仍普遍处于IE1标准，平均效率约87％，与国外发达国家存在不可忽视的差距。因此高效和超高效节能电机的开发和推广在我国势在必行。

永磁电机由永磁体产生磁场，因而无需励磁绕组和励磁电源，结构简单、损耗小，具有效率高、功率密度高等显著优点。近年来，随着永磁材料性能的提高和完善，特别是稀土永磁材料的发展，永磁电动机的性能得到进一步提升，在能效方面表现出电励磁电动机难以匹敌的的优越性。我国稀土资源储量丰富，稀土永磁的产量居世界首位，具备发展高效节能稀土永磁电动机的优越条件；同时，在永磁电机和永磁材料研究方面都达到了国际先进水平。因此，充分发挥稀土资源优势，研究开发和推广应用永磁电动机，对我国节能工作的推进具有重要意义，将产生可观的节能效益，有效缓解我国能源紧张局面。

稀土永磁电动机具有高效节能的显著优点，应用范围正日益遍及国防、航空航天、工农业生产和日常生活的诸多领域，发展潜力巨大。相较于电励磁电动机，稀土永磁电动机结构特殊且种类多样，传统的设计理论和分析方法已难以适应高性能电机研发的要求，需要综合运用多学科理论和现代设计手段，进行创新研究。传统设计模式得到的产品，在工况相对固定的应用场合，能够表显出良好的技术性能，但在复杂工况的场合下就表现出一些不足。

传统电励磁电动机的设计理论相对完善，为稀土永磁电动机的设计和分析提供了一定的参考和借鉴。但是永磁电动机拥有许多区别于电励磁电动机的新特点：结构特殊且形式多样，制成后磁场难以调节，电磁负荷高，起动性能不够理想，永磁体存在失磁风险，等等。显然，传统的设计理论、经验参数和分析计算方法，已难以满足研制高性能永磁电动机的要求，还需要综合运用电机理论、电磁场理论、磁性材料、数值计算、仿真技术、测试技术以及软件工程等多学科理论和现代设计手段，在永磁电动机设计的关键技术方面进行创新研究[3]。现阶段永磁电动机设计主要沿用电励磁电动机设计思路和步骤，结合磁路计算、电磁场解析或数值方法，以及软件仿真分析，来完成设计任务。这种设计模式得到的产品，在工况相对固定的应用场合，能够表现出良好技术性能，但是在变工况场合下就表现出不足。因此，研究电机设计和分析中的关键技术，完善其设计理念和方法，开发面向应用场合具有最佳适应性的永磁电动机产品，意义重大。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明目的是提供一种22KW永磁同步电机设计方法。

一种22KW永磁同步电机设计方法，所述方法包括永磁同步电动机磁路结构设计、永磁同步电动机的优化设计、等效磁路法、等效磁网络法、电磁场解析法、电磁场数值计算法和水冷计算。

所述永磁同步电动机磁路结构设计具体为永磁体可提供最大每极磁通面积的近似计算法，对典型转子磁路结构进行分析和比较，转子磁路结构设计特点以及主要结构尺寸和基本磁路参数的计算方法。

所述永磁同步电动机的优化设计方法，是基于电磁参数、目标函数和约束条件综合选取，进行场路结合优化分析。

所述等效磁路法是利用“场化路”的思想，把空间实际存在的不均匀分布的磁场转化成等效的多段磁路，并近似认为在每段磁路中磁通沿界面和长度均匀分布，将磁场的计算转换为磁路的计算，将永磁体等效为磁势源或者磁通源，其余按照电励磁电机的磁路计算来进行。

所述等效磁网络法是各单元之间通过节点相连，构成磁网络，求得有关参数，建立磁网络之前，需要根据电机的几何结构和预测的磁通走向，对电机内磁场分布情况作出定性的分析，得到磁网络模型。