盘式永磁电机综述培训讲学.ppt

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1、盘式永磁电机综述盘式永磁电机的发展背景 1821 年，法拉第发明了世上第一台电机，即轴向磁场永磁电机的雏形。受当时材料和工艺水平限制，AFPM 电机未能得到进一步发展。在圆柱式盘式电机应用过程中，人们逐渐发现其存在冷却困难及铁心利用率低等弱点，因而20世纪40年代起AFPM电机重新回归业界视野并得到重视。目前，国外已开发了各种不同结构的AFPM电机，即从较早期的AFPM有刷直流电动机到较近期出现的AFPM无刷直流电动机和AFPM同步电动机等。其应用范围在逐渐扩大，功率等级从数瓦级至近兆瓦级。20 世纪80 年代以来，随着功率电子器件、电子控制技术的进步及高磁能积稀土永磁材料的出现，给电机带来了

2、“革命”。永磁材料的采用，使电机的拓扑有了多样的变化。在众多类型的永磁电机中，盘式永磁(AFPM)电机是值得注意的一种。与传统的圆柱形电机的径向磁场不同，AFPM电机气隙为平面型，气隙磁场为轴向式，轴向尺寸短，比转矩大，还可以制成多盘结构，特别适合用于轴向空间受限制，或需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、风力发电、伺服驱动、升降机驱动、机器人及一些工业设备。AFPM电机将会在许多领域得到应用并在这些领域引起技术革新。盘式永磁电机的发展背景国内盘式永磁电机 我国盘式永磁电机的开发主要是小功率有刷永磁电机，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起步阶段。目前，国内

3、已有数家企业生产盘式永磁无刷电机，但规模还较小，产品种类也不多，多为无铁心型。有槽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。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电机，即为外转子、无铁心式。该电机具有启动转矩低、额定转速低、效率高等特点，功率为105 000 W，额定转速60200 r/min，启动风速小于1 m/s，特别适合于垂直轴风力发电机组，其5 kW盘式永磁电机的定子盘直径已达到765 mm。5 kW盘式永磁电机的主要技术参数 国外开发了一些中大功率AFPM

4、电机，形成了系列化商品并成功地运用于各个领域。美国Kaman Aerospace 公司开发的PA系列大型盘式永磁无刷电机采用内转子、铁心开槽结构，主要用于石油钻井、船舶、车辆及国防应用领域。由于其结构紧凑、重量轻、效率和可靠性高，特别适合于可移动钻井平台使用。表示出其PA44系列产品主要技术参数。加拿大Tesco公司生产的ECI顶驱钻井系统（图）就采用PA44 系列盘式永磁电动机，取代了传统的感应电动机或有刷直流电动机。国外盘式永磁电机 与普通圆柱式永磁电机相比，AFPM电机有以下特点：（1）直径与长度之比较大，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

5、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 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。盘式永磁电机的主要特点 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

6、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。盘式永磁电机的主要特点磁场分布 磁场电路耦合计算磁场电路耦合计算 电流波形 流速分布转子的温度场分布电机整机的温度场分布180kW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。盘式永磁电机由于其自身的特点，在一些空间受限制、要求低速直驱的场合将得到优先使用，在牵引、分布式电源、伺服、军工等领域有其竞争的空间。盘式永磁电机

7、的研究和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阶段。因此，我国可考虑先开发功率较小的盘式永磁发电机，用于汽车发电机、风力发电、应急发电机组等方面；在此基础上，开发盘式永磁无刷电动机和发电机，不仅可用于电动车辆，也可派生用于其他领域，如节能型风机、压缩机等驱动。盘式永磁无刷电机还可以向大功率、高转速方向发展，以便用于更多领域。盘式永磁电机的应用 根据气隙结构，AFPM电机可分为单气隙式、双气隙式或多气隙式。根据定子和转子的相对位置，双气隙式AFPM电机还可采用内转子式（即中间为转子）或外转子式（即中间为定子）等多种结构。盘式永磁电机的结构 盘式永磁电机结构a)单边b)外转子c)内转子d)多盘单气隙型双气隙型 国外在盘式永磁电机研究上，一方面致力于改进电机性能，如减轻重量、减少损耗、增加功率密度；另一方面，致力于容易制造和批量生产。由此，不断探索电机的有效部分及结构部分采用非传统材料的可能性。在铁心方面，采用非传统铁磁材料，如软磁复合物（SMC）、非结晶磁性材料（AMM）、晶体定向电工钢等。盘式永磁电机的发展前景谢 谢!此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢