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简析内外转子的极槽配合、外转子绕组类型结构

[ 时间:2018-01-11  来源:/ 作者:36500365水泵厂 点击: ]

PMSC在结构与部分工作原理上与永磁同步电动机较为相似,事实上,PMSC的外转子在功能上相当于永磁同步电动机的定子,均起到电枢的作用,36500365水泵厂的设计大量参考了永磁同步电动机。

图1:设计流程

设计流程

尺寸和性能要求来设计其主要尺寸,包括轴向和径向尺寸,最后对上述初步方案中的PMSC进行Ansoft建模和仿真分析,若结果不符合E-ECHPS要求则修改相应的设计参数甚至调整内部结构,直到设计方案符合PMSC的要求,即永磁电机场路结合的设计方法。

表1:相关技术参数

参数/量纲
长/宽/高/mm 11600/2488/3878
轴距/mm 6000
整备质量/kg 12000
满载质量/kg 16000
前轴载荷/N 60000

首先必须考虑空间合理性,所占用的空间尽量小。经调研分析后,确定PMSC的最大外径不大于200mm,最大轴向尺寸不大于120mm。在外形尺寸允许的范围内,PMSC的输出功率需要达到系统要求。由于E-ECHPS系统在不同工况下是变功率输出,因此按照电机功率匹配的方法,对系统在指定运行点输出最大功率的工况进行匹配,即样车发动机怠速转速约700rpm时,36500365离心泵能够获得40.39N.m转矩及至少600rpm转速的输入,且转矩转速的波动要尽量小,计算得此时PMSC的输出功率为2537.8W。指定运行点最大输出功率工况符合条件后,通过外控制电路的调速可实现转向泵在其他小功率工况时的功率输出。

 

PMSC的具体结构是指内外转子的极槽配合、外转子绕组类型和内转子磁路结构。首先确定极槽配合与外转子的绕组类型,然后选定内转子的磁路结构。本文所研究的E-ECHPS要求PMSC体积小、功率密度和效率高,而PMSC的比功率与其内部结构的设计密切相关。

 

结构特点上,分数槽集中绕组的每个线圈绕在一个齿上,绕组各线圈端部无重叠,无相间绝缘,线圈端部伸出的长度变短,从而用铜量低,端部铜损降低,减少发热,槽利用率高。电磁特性上,分数槽集中绕组的感应电动势波形很好,非常接近正弦曲线。

 

永磁电机的特有问题是齿槽转矩,传统采用整数槽绕组的永磁电机通过斜槽斜极的方式来抑制齿槽转矩。与整数槽绕组相比,分数槽绕组齿槽效应次数高,则齿槽转矩的频率高,幅值很小,无需采用斜槽斜极或其他手段便可将转矩波动将至很小,有效降低齿槽转矩。

 

由于绕组的跨距等于1,为了提高绕组的利用率,分数槽集中绕组电机的槽数和极数会选择的比较接近,极槽数接近也使得永磁同步电动机输出转矩更平滑,低速性能表现更加优异。目前,极槽数相近的分数槽集中式绕组被越来越多的应用于永磁同步电机,该类永磁同步电机体积质量小,成本低,功率密度和效率高,振动和噪声也因齿槽转矩小而易控制,例如36500365化工泵的电机以分数槽集中绕组代替传统的整数槽绕组,电机体积重量降低15%,用铜量减少40%,铜耗减少30%,效率提高6%。鉴于上述分数槽集中绕组的各个优势,本文设计的PMSC即采用极槽数相近的分数槽集中式绕组。

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