特種車(chē)輛永磁同步電動(dòng)機工程設計研究論文
摘要：隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特種車(chē)輛應用的范圍越來(lái)越廣。而特種車(chē)輛的作業(yè)能力和專(zhuān)業(yè)的功能主要受到永磁同步電動(dòng)機的影響，永磁同步電動(dòng)機的體積小，質(zhì)量輕，可靠性高，能夠有效提升特種車(chē)輛的性能。因此，研究特種車(chē)輛永磁同步電動(dòng)機的工程設計方法就顯得十分必要。本文從特種車(chē)輛永磁同步電動(dòng)機的基本設計要求、設計流程出發(fā)，簡(jiǎn)要介紹了它工程設計的過(guò)程，為特種車(chē)輛的發(fā)展提供了技術(shù)參考依據。
關(guān)鍵詞：特種車(chē)輛；永磁同步電動(dòng)機；工程設計
特種車(chē)輛是指具有專(zhuān)用功能，載有專(zhuān)用設備的車(chē)輛，它與普通車(chē)輛不同，具有專(zhuān)項作業(yè)的能力。近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展，特種車(chē)輛的品種和數量也在不斷增多。雖然取得了較大進(jìn)步，但是與發(fā)達國家相比，還具有一定的差距。尤其是在建筑、采礦、石油工業(yè)等行業(yè)對特種車(chē)輛的需求不斷增加的情況下，更需要提升它的專(zhuān)業(yè)功能水平與技術(shù)含量。永磁同步電動(dòng)機的設計對特種車(chē)輛性能的提升起著(zhù)重要的作用，因此，對其工程設計方法進(jìn)行研究是必然的趨勢。
1特種車(chē)輛永磁同步電動(dòng)機的工程設計要求
一般來(lái)說(shuō)，軍用領(lǐng)域的特種車(chē)輛永磁同步電動(dòng)機的工作溫度比較高，對永磁體和繞組的性能要求也比較高。而運用在石油工業(yè)中的特種車(chē)輛永磁同步電動(dòng)機的工作溫度相對較低，一般采用釹鐵硼永磁體，它的價(jià)格偏低，工作溫度較低，并且磁性能較高，選用的絕緣材料的絕緣等級相對較低，電機轉子的機械強度必須符合相關(guān)的要求。其次，在設計時(shí)，要盡量提升特種車(chē)輛永磁同步電動(dòng)機的工作效率。對于負載變化不大的電動(dòng)機，可以將功率因數設計得相對高一些，而如果電動(dòng)機的負載變化較大時(shí)，功率因數不能太高。再次，要選擇合理的電機磁路結構，以提高特種車(chē)輛永磁電動(dòng)機的起動(dòng)性能。在設計時(shí)，可以通過(guò)減少槽口寬等方法來(lái)減小齒槽轉矩，從而減小電機的起動(dòng)阻力矩。另外，可以適當調整電機的轉動(dòng)慣量和輸出轉矩，來(lái)改善電機的動(dòng)態(tài)性能。
2特種車(chē)輛永磁同步電動(dòng)機的設計結構及參數的選擇
2.1電機結構的選擇
永磁同步電動(dòng)機根據結構劃分，可以分為外轉子型和內轉子型，我們通常所說(shuō)的永磁同步電動(dòng)機就屬于內轉子型。它的常用結構分為表面式和內置式。表面式轉子的.結構如下圖所示。它的結構決定了它的漏磁系數比較大，凸極率較小，電機功率密度較小，并且轉子機械強度也較小。內置式轉子的永磁同步電動(dòng)機在永磁體的表面安置了極靴，在極靴中可以放置銅條籠或者鑄鋁籠，它的穩態(tài)和動(dòng)態(tài)的性能都較好，具體的結構如圖2所示。內置式轉子的結構設計與表面式轉子相比更加復雜，耗費的成本也比較高，但是這類(lèi)結構的優(yōu)勢在于，能夠增加電動(dòng)機的磁阻轉矩、功率密度、過(guò)載倍數以及調速范圍。并且它的體積比較小，輸出功率大，動(dòng)態(tài)性能比較穩定。因此，可以選擇內置式轉子。但是該結構的漏磁系數也比較大，可能需要使用隔磁磁橋，而隔磁磁橋的長(cháng)度和寬度會(huì )影響轉子的機械強度和隔磁的效果，需要根據實(shí)際情況進(jìn)行合理的選擇。
2.2繞組、極數以及槽數的設計
繞組是永磁同步電動(dòng)機的重要組成部分，它能夠維持電機運行的可靠性，并且實(shí)現能量的轉換，還對電機的用銅量和工作效率起到直接的影響�？紤]到電動(dòng)勢諧波和磁動(dòng)勢諧波的影響，可以選擇星形連接的雙層短距疊繞組，它能減小電機的雜散損耗和銅耗，由于它的端部形狀排列比較整齊，還有利于散熱和增加機械強度。當定轉子在一個(gè)齒距內發(fā)生變化時(shí)，齒槽的轉矩就會(huì )呈現周期性變化，而它的變化周期主要受到極數和槽數的共同影響。周期數越大，則齒槽轉矩的幅度值就越小，具體來(lái)說(shuō)，就是齒槽的轉矩周期等于極數、槽數和極數最大公約數的比值。因此，需要根據具體的情況合理地選擇電機的極數和槽數，從而削弱電機的齒槽轉矩。
2.3永磁體尺寸的選擇
永磁體的尺寸對永磁同步電動(dòng)機的設計也起著(zhù)至關(guān)重要的作用。對它的尺寸選擇主要是選擇其軸向長(cháng)度、軸向寬度以及磁化方向的長(cháng)度。磁化方向的長(cháng)度直接關(guān)系到電動(dòng)機的輸出轉矩、過(guò)載能力以及調速的范圍。長(cháng)度不能太短，否則會(huì )降低電動(dòng)機的穩定性和可靠性。在選擇時(shí)，要保證其處于最佳的工作點(diǎn)，這樣就能夠提高電機的工作效率，同時(shí)可以增大電機的功率密度。另外，還需要考慮電動(dòng)機的負荷，如果負荷較大，則要適當增大其長(cháng)度。最后，再根據實(shí)際的情況確定電動(dòng)機的軸向長(cháng)度和寬度。
3特種車(chē)輛永磁同步電動(dòng)機的設計流程
永磁同步電動(dòng)機的整個(gè)設計過(guò)程比較復雜，因此，需要明確設計的流程，按照規定的流程進(jìn)行電動(dòng)機的設計，能夠保證其可靠性。具體的設計流程如下：首先要明確設計的要求，根據設計要求確定電機的基本結構，基本結構中包括電機的主要尺寸、定子沖片、永磁體尺寸、轉子沖片和定子繞組等，根據實(shí)際情況對這些參數進(jìn)行調整，直到符合要求為止。然后要進(jìn)行電動(dòng)機的磁路計算和電磁參數計算，最后要計算電動(dòng)機的工作特性和啟動(dòng)性參數，如果各個(gè)參數不能達到相關(guān)的要求，就要對電動(dòng)機的基本結構進(jìn)行重新設計，直到符合要求為止。
4總結
綜上所述，通過(guò)對特種車(chē)輛永磁同步電動(dòng)機的設計過(guò)程的分析，明確了它的設計要求和設計流程，對其基本結構的設計也進(jìn)行了簡(jiǎn)要的總結。這有助于提升特種車(chē)輛的作業(yè)能力，具有較深刻的現實(shí)意義。
參考文獻
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