盘式永磁电机综述课件.ppt

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1、姓名姓名 高翔高翔学号学号 1420300004Page 2n 1盘式永磁电机的发展背景盘式永磁电机的发展背景n 2国内盘式永磁电机国内盘式永磁电机n 3国外盘式永磁电机国外盘式永磁电机n 4盘式永磁电机的主要特点盘式永磁电机的主要特点n 5盘式永磁电机的应用盘式永磁电机的应用n 6盘式永磁电机的结构盘式永磁电机的结构n 7盘式永磁电机的发展前景盘式永磁电机的发展前景目录目录Page 3盘式永磁电机的发展背盘式永磁电机的发展背景景n 1821 年，法拉第发明了世上第一台电机，即轴向磁场永年，法拉第发明了世上第一台电机，即轴向磁场永磁电磁电n 机的雏形。受当时材料和工艺水平限制，机的雏形。受当时

2、材料和工艺水平限制，AFPM 电机未能得电机未能得到到n 进一步发展。在圆柱式盘式电机应用过程中，人们逐渐发现进一步发展。在圆柱式盘式电机应用过程中，人们逐渐发现其其n 存在冷却困难及铁心利用率低等弱点，因而存在冷却困难及铁心利用率低等弱点，因而20世纪世纪40年代起年代起n AFPM电机重新回归业界视野并得到重视。目前，国外已开电机重新回归业界视野并得到重视。目前，国外已开发发n 了各种不同结构的了各种不同结构的AFPM电机，即从较早期的电机，即从较早期的AFPM有刷直有刷直流电流电n 动机到较近期出现的动机到较近期出现的AFPM无刷直流电动机和无刷直流电动机和AFPM同步电同步电动机动机n

3、 等。其应用范围在逐渐扩大，功率等级从数瓦级至近兆瓦级等。其应用范围在逐渐扩大，功率等级从数瓦级至近兆瓦级。Page 4n 20 世纪世纪80 年代以来，随着功率电子器件、电子控制技年代以来，随着功率电子器件、电子控制技术术n 的进步及高磁能积稀土永磁材料的出现，给电机带来了的进步及高磁能积稀土永磁材料的出现，给电机带来了“革革n 命命”。永磁材料的采用，使电机的拓扑有了多样的变化。永磁材料的采用，使电机的拓扑有了多样的变化。在众在众n 多类型的永磁电机中，盘式永磁多类型的永磁电机中，盘式永磁(AFPM)电机是值得注意电机是值得注意的的n 一种。与传统的圆柱形电机的径向磁场不同，一种。与传统的

4、圆柱形电机的径向磁场不同，AFPM电机电机气气n 隙为平面型，气隙磁场为轴向式，轴向尺寸短，比转矩大隙为平面型，气隙磁场为轴向式，轴向尺寸短，比转矩大，n 还可以制成多盘结构，特别适合用于轴向空间受限制，或还可以制成多盘结构，特别适合用于轴向空间受限制，或需需n 低速和大转矩性能以实现直接传动的应用场合，如电动车低速和大转矩性能以实现直接传动的应用场合，如电动车辆、辆、n 风力发电、伺服驱动、升降机驱动、机器人及一些工业设风力发电、伺服驱动、升降机驱动、机器人及一些工业设备。备。n AFPM电机将会在许多领域得到应用并在这些领域引起技电机将会在许多领域得到应用并在这些领域引起技术术n 革新。革

5、新。盘式永磁电机的发展背景Page 5国内盘式永磁电机国内盘式永磁电机n 我国盘式永磁电机的开发主要是小功率有刷永磁电机我国盘式永磁电机的开发主要是小功率有刷永磁电机，n 现已形成规模生产，而盘式永磁无刷电机的开发工作仍处现已形成规模生产，而盘式永磁无刷电机的开发工作仍处于于n 起步阶段。目前，国内已有数家企业生产盘式永磁无刷电起步阶段。目前，国内已有数家企业生产盘式永磁无刷电n 机，但规模还较小，产品种类也不多，多为无铁心型。有机，但规模还较小，产品种类也不多，多为无铁心型。有槽槽n 铁心的生产需要特殊的装备，国内目前只有少数几家生产铁心的生产需要特殊的装备，国内目前只有少数几家生产盘盘n

6、式感应电机的厂家有这种设备，且只能绕制直径不大的铁式感应电机的厂家有这种设备，且只能绕制直径不大的铁心。心。n 采用无铁心方式能避免此种限制，可生产出较大直径的定采用无铁心方式能避免此种限制，可生产出较大直径的定子子n 盘。如苏州市三禾机电有限公司生产的直驱盘式永磁风力盘。如苏州市三禾机电有限公司生产的直驱盘式永磁风力发发n 电机，即为外转子、无铁心式。该电机具有启动转矩低、电机，即为外转子、无铁心式。该电机具有启动转矩低、额额n 定转速低、效率高等特点，功率为定转速低、效率高等特点，功率为105 000 W，额定转，额定转速速n 60200 r/min，启动风速小于，启动风速小于1 m/s，

7、特别适合于垂直轴，特别适合于垂直轴风力风力n 发电机组，其发电机组，其5 kW盘式永磁电机的定子盘直径已达到盘式永磁电机的定子盘直径已达到765 n mm。Page 65 kW盘式永磁电机的主要技术参数Page 7n 国外开发了一些中大功率国外开发了一些中大功率AFPM电机，形成了系电机，形成了系n 列化商品并成功地运用于各个领域。美国列化商品并成功地运用于各个领域。美国Kaman n Aerospace 公司开发的公司开发的PA系列大型盘式永磁无刷电系列大型盘式永磁无刷电n 机采用内转子、铁心开槽结构，主要用于石油钻井、机采用内转子、铁心开槽结构，主要用于石油钻井、n 船舶、车辆及国防应用领

8、域。由于其结构紧凑、重船舶、车辆及国防应用领域。由于其结构紧凑、重n 量轻、效率和可靠性高，特别适合于可移动钻井平量轻、效率和可靠性高，特别适合于可移动钻井平n 台使用。表示出其台使用。表示出其PA44系列产品主要技术参数。加系列产品主要技术参数。加n 拿大拿大Tesco公司生产的公司生产的ECI顶驱钻井系统（图）就采顶驱钻井系统（图）就采n 用用PA44 系列盘式永磁电动机，取代了传统的感应系列盘式永磁电动机，取代了传统的感应n 电动机或有刷直流电动机。电动机或有刷直流电动机。国外盘式永磁电机Page 8Page 9Page 10 与普通圆柱式永磁电机相比，AFPM电机有以下特点：（1）直径

9、与长度之比较大，电机较扁；（2）气隙为平面型且可调节；（3）比功率较高，铁心用材较少；（4）盘式拓扑有利于模块化设计；（5）铁心直径较大，可采用较多极数，电机适合高频或低速运用。 因而，盘式电机更适合用于伺服、牵引、分布式发电及特殊应用场合。盘式永磁电机的主要特点Page 11 盘式永磁电机的优点是转矩密度高，由此带来的关键技术之一是冷却系统的合理设计和电机温度场分布，需要进行三维流场-温度场耦合分析。 电机的温度场分布取决于冷却介质和损耗的分布，为了能够获得电机温度的准确分布，需要建立永磁电机磁场电路流场温度场的耦合计算模型，在产品开发阶段完成热性能分析，从而降低试验成本，缩短设计周期。盘式

10、永磁电机的主要特点Page 12 盘式永磁电机的气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的，可以盘式永磁电机的气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的，可以使电机制成扁平型，可获得很高的转矩密度。如制成多气隙组使电机制成扁平型，可获得很高的转矩密度。如制成多气隙组合式结构，可以进一步提高转矩，特别适合于大转矩直接驱动合式结构，可以进一步提高转矩，特别适合于大转矩直接驱动装置。电机的温度场分布取决于冷却介质和损耗的分布，为了装置。电机的温度场分布取决于冷却介质和损耗的分布，为了能够获得电机温度的准确分布，需要建立永磁电机磁场电路能够获得电机温度的准确分布，需要建立永磁电机磁场电路流场温度场的耦合计算模型，在产品开

11、发阶段完成热性能流场温度场的耦合计算模型，在产品开发阶段完成热性能分析，从而降低试验成本，缩短设计周期。分析，从而降低试验成本，缩短设计周期。 盘式永磁电机的主要特点Page 13磁场分布 磁场电路耦合计算磁场电路耦合计算 电流波形 Page 14流速分布转子的温度场分布电机整机的温度场分布Page 15180kW盘式永磁电机 其转矩密度达8.5kN/m2，为传统电机的2倍左右。 Page 16n 盘式永磁电机由于其自身的特点，在一些空间受限制盘式永磁电机由于其自身的特点，在一些空间受限制、n 要求低速直驱的场合将得到优先使用，在牵引、分布式电要求低速直驱的场合将得到优先使用，在牵引、分布式电

12、源、源、n 伺服、军工等领域有其竞争的空间。盘式永磁电机的研究伺服、军工等领域有其竞争的空间。盘式永磁电机的研究和和n 应用在国外已有几十年的历史，而我国在这方面尚处于起应用在国外已有几十年的历史，而我国在这方面尚处于起步步n 阶段。因此，我国可考虑先开发功率较小的盘式永磁发电阶段。因此，我国可考虑先开发功率较小的盘式永磁发电n 机，用于汽车发电机、风力发电、应急发电机组等方面；机，用于汽车发电机、风力发电、应急发电机组等方面；在在n 此基础上，开发盘式永磁无刷电动机和发电机，不仅可用此基础上，开发盘式永磁无刷电动机和发电机，不仅可用于于n 电动车辆，也可派生用于其他领域，如节能型风机、压缩电

13、动车辆，也可派生用于其他领域，如节能型风机、压缩机机n 等驱动。盘式永磁无刷电机还可以向大功率、高转速方向等驱动。盘式永磁无刷电机还可以向大功率、高转速方向发发n 展，以便用于更多领域。展，以便用于更多领域。盘式永磁电机的应用Page 17n 根据气隙结构，根据气隙结构，AFPM电机可分为单气隙电机可分为单气隙n 式、双气隙式或多气隙式。根据定子和转子式、双气隙式或多气隙式。根据定子和转子n 的相对位置，双气隙式的相对位置，双气隙式AFPM电机还可采用内电机还可采用内n 转子式（即中间为转子）或外转子式（即中转子式（即中间为转子）或外转子式（即中n 间为定子）等多种结构。间为定子）等多种结构。

14、盘式永磁电机的结构Page 18 盘式永磁电机结构a) 单边b) 外转子c) 内转子d) 多盘Page 19单气隙型Page 20双气隙型Page 21n 国外在盘式永磁电机研究上，一方面致力于国外在盘式永磁电机研究上，一方面致力于改改n 进电机性能，如减轻重量、减少损耗、增加功进电机性能，如减轻重量、减少损耗、增加功率率n 密度；另一方面，致力于容易制造和批量生产密度；另一方面，致力于容易制造和批量生产。n 由此，不断探索电机的有效部分及结构部分采由此，不断探索电机的有效部分及结构部分采用用n 非传统材料的可能性。在铁心方面，采用非传非传统材料的可能性。在铁心方面，采用非传统统n 铁磁材料，如软磁复合物（铁磁材料，如软磁复合物（SMC）、非结晶磁）、非结晶磁性性n 材料（材料（AMM）、晶体定向电工钢等。）、晶体定向电工钢等。盘式永磁电机的发展前景Page 22谢 谢 !