[发明专利]一种模块组合内嵌式永磁同步电机的设计方法在审

专利信息
申请号: 201910911264.5 申请日: 2019-09-25
公开(公告)号: CN110571988A 公开(公告)日: 2019-12-13
发明(设计)人: 宋同月;颜建虎;池松;周怡;冯创;姚超 申请(专利权)人: 南京理工大学
主分类号: H02K15/00 分类号: H02K15/00;H02K16/00
代理公司: 32203 南京理工大学专利中心 代理人: 朱沉雁
地址: 210094 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 永磁同步电机 内嵌式 理论分析 模块组合 振动噪声 优化 电机 能量转换介质 电机系统 定子冲片 仿真模型 仿真验证 基本参数 基本性能 建立模块 气隙形状 永磁电机 转矩脉动 转子冲片 气隙 重构 改良 梳理 改进
【说明书】:

发明公开了一种模块组合内嵌式永磁同步电机设计方法,首先建立模块组合内嵌式永磁同步电机仿真模型,其中包括设计定子冲片和转子冲片的基本参数等;其次对于永磁电机的转矩脉动以及由此产生的振动噪声等给出理论分析;最后在理论分析的基础上给出模块组合内嵌式永磁同步电机的优化方法,通过对电机最核心的能量转换介质进行梳理改进,重构气隙,改变气隙形状,使电机基本性能得到较好的优化。本发明是对原有内嵌式永磁同步电机理解的基础上,进行的优化改良,不仅在外观上有了较大革新,而且从性能上也给出了优化方法,通过仿真验证,该方法有效,电机系统的振动噪声的到了很好地抑制。

技术领域

本发明涉及内嵌式永磁电机设计技术,具体涉及一种模块组合内嵌式永磁同步电机的设计方法。

背景技术

自上个世纪七八十年代永磁电机迅速发展,永磁电机推陈出新,演化出各种结构的电机;其中内嵌式永磁电机效率高,功率因数高,体积质量小,稳定性和散热性很好,成为各种需要电机场合首要之选。在电机转动的过程中,瞬时输出力矩随时间不断变化,但是却围绕某一平均值上下变动,即所谓的转矩脉动。转矩脉动大的话,拖动负载,其稳定性就低,而且也影响了速度的稳定性,电机能耗增加。

永磁同步电机因其本身的一些固有缺陷,存在一系列非理想状态。永磁电机的空载反电势理论上要求是标准的三相正弦形的波形,它的产生是由于永磁体在电机气隙而生成的气隙磁密,而实际产生的往往由于高次谐波气隙磁密的影响而导致空载反电势波形畸变严重,同时齿槽转矩是在电机不通电时就会产生的一种影响因子,它们出现会产生转矩脉动,进而加大电机噪声和振动,同时会影响电机伺服控制系统的精度,使电机难以定位,极易发生安全事故。

模块组合内嵌式电机提高了能量传递效率,采用模块组合内嵌式永磁同步电机,将两台电机拆分再组合为一个整体,避免采用两台电机在传动中的不同步现象;永磁电机效率、功率因数很高,且运行安全可靠,提高电机运行的稳定性与安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块组合内嵌式永磁同步电机的设计方法,解决了需要高稳定低损耗的复杂传动系统重要问题,同时极大提高了系统性能。

实现本发明目的的技术解决方案为:一种模块组合内嵌式永磁同步电机的设计方法,具体步骤如下:

步骤1、确定电机基本结构参数,采用绘图软件联合有限元分析软件做出仿真模型;由于本电机的特殊性,给出了单个普通永磁同步电机的功率、电压与模块组合内嵌式永磁同步电机的关系;

步骤2、对动态性能采用有限元方法进行求解,对求解后的电机产生振动噪声一大原因——转矩脉动进行分析;

步骤3、根据对模块组合内嵌式永磁同步电机的分析,对电机转矩脉动进行抑制,采用气隙重构的方法加大气隙磁密的正弦度;对比不同重构系数λ优化方法对性能影响结果,最后得到最优解。

本发明与现有技术相比,其显著优点在于:

1)在传动方面利用模块组合内嵌式永磁同步电机代替传统的普通永磁同步电机,电机转子可以做成空心轴且在转子内侧加上螺纹,空心轴直接与螺杆相连做直驱运动,省去了复杂的机械装置传动,最大程度的减小了传动系统损耗,传动效率随之提高。

2)采用两个转子转向相异传动:转向相异的两根螺杆产生位移方向相反,由于两根螺杆是对称的,故水平位移大小相等这样相反位移会抵消,装置在运行时更加平稳。

3)采用气隙重构的方法,用迭代法计算出最优气隙,对电机的振动噪声有了较大改善。

附图说明

图1为本发明的模块组合内嵌式永磁同步电机的设计方法流程图。

图2为本发明的单个普通永磁同步电机的冲片图。

图3为本发明的模块组合内嵌式永磁同步电机的冲片图。

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