特種車輛永磁同步電動機工程設計研究

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摘要：隨著科學技術(shù)的發(fā)展，特種車輛應用的范圍越來越廣。而特種車輛的作業(yè)能力和專業(yè)的功能主要受到永磁同步電動機的影響，永磁同步電動機的體積小，質(zhì)量輕，可靠性高，能夠有效提升特種車輛的性能。因此，研究特種車輛永磁同步電動機的工程設計方法就顯得十分必要。本文從特種車輛永磁同步電動機的基本設計要求、設計流程出發(fā)，簡要介紹了它工程設計的過程，為特種車輛的發(fā)展提供了技術(shù)參考依據(jù)。

關鍵詞：特種車輛；永磁同步電動機；工程設計

特種車輛是指具有專用功能，載有專用設備的車輛，它與普通車輛不同，具有專項作業(yè)的能力。近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，特種車輛的品種和數(shù)量也在不斷增多。雖然取得了較大進步，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)對特種車輛的需求不斷增加的情況下，更需要提升它的專業(yè)功能水平與技術(shù)含量。永磁同步電動機的設計對特種車輛性能的提升起著重要的作用，因此，對其工程設計方法進行研究是必然的趨勢。

1特種車輛永磁同步電動機的工程設計要求

一般來說，軍用領域的特種車輛永磁同步電動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)中的特種車輛永磁同步電動機的工作溫度相對較低，一般采用釹鐵硼永磁體，它的價格偏低，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(zhuǎn)子的機械強度必須符合相關的要求。其次，在設計時，要盡量提升特種車輛永磁同步電動機的工作效率。對于負載變化不大的電動機，可以將功率因數(shù)設計得相對高一些，而如果電動機的負載變化較大時，功率因數(shù)不能太高。再次，要選擇合理的電機磁路結(jié)構(gòu)，以提高特種車輛永磁電動機的起動性能。在設計時，可以通過減少槽口寬等方法來減小齒槽轉(zhuǎn)矩，從而減小電機的起動阻力矩。另外，可以適當調(diào)整電機的轉(zhuǎn)動慣量和輸出轉(zhuǎn)矩，來改善電機的動態(tài)性能。

2特種車輛永磁同步電動機的設計結(jié)構(gòu)及參數(shù)的選擇

2.1電機結(jié)構(gòu)的選擇

永磁同步電動機根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分，可以分為外轉(zhuǎn)子型和內(nèi)轉(zhuǎn)子型，我們通常所說的永磁同步電動機就屬于內(nèi)轉(zhuǎn)子型。它的常用結(jié)構(gòu)分為表面式和內(nèi)置式。表面式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)如下圖所示。它的結(jié)構(gòu)決定了它的漏磁系數(shù)比較大，凸極率較小，電機功率密度較小，并且轉(zhuǎn)子機械強度也較小。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的永磁同步電動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(wěn)態(tài)和動態(tài)的性能都較好，具體的結(jié)構(gòu)如圖2所示。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設計與表面式轉(zhuǎn)子相比更加復雜，耗費的成本也比較高，但是這類結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于，能夠增加電動機的磁阻轉(zhuǎn)矩、功率密度、過載倍數(shù)以及調(diào)速范圍。并且它的體積比較小，輸出功率大，動態(tài)性能比較穩(wěn)定。因此，可以選擇內(nèi)置式轉(zhuǎn)子。但是該結(jié)構(gòu)的漏磁系數(shù)也比較大，可能需要使用隔磁磁橋，而隔磁磁橋的長度和寬度會影響轉(zhuǎn)子的機械強度和隔磁的效果，需要根據(jù)實際情況進行合理的選擇。

2.2繞組、極數(shù)以及槽數(shù)的設計

繞組是永磁同步電動機的重要組成部分，它能夠維持電機運行的可靠性，并且實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，還對電機的用銅量和工作效率起到直接的影響?？紤]到電動勢諧波和磁動勢諧波的影響，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(zhuǎn)子在一個齒距內(nèi)發(fā)生變化時，齒槽的轉(zhuǎn)矩就會呈現(xiàn)周期性變化，而它的變化周期主要受到極數(shù)和槽數(shù)的共同影響。周期數(shù)越大，則齒槽轉(zhuǎn)矩的幅度值就越小，具體來說，就是齒槽的轉(zhuǎn)矩周期等于極數(shù)、槽數(shù)和極數(shù)最大公約數(shù)的比值。因此，需要根據(jù)具體的情況合理地選擇電機的極數(shù)和槽數(shù)，從而削弱電機的齒槽轉(zhuǎn)矩。

2.3永磁體尺寸的選擇

永磁體的尺寸對永磁同步電動機的設計也起著至關重要的作用。對它的尺寸選擇主要是選擇其軸向長度、軸向?qū)挾纫约按呕较虻拈L度。磁化方向的長度直接關系到電動機的輸出轉(zhuǎn)矩、過載能力以及調(diào)速的范圍。長度不能太短，否則會降低電動機的穩(wěn)定性和可靠性。在選擇時，要保證其處于最佳的工作點，這樣就能夠提高電機的工作效率，同時可以增大電機的功率密度。另外，還需要考慮電動機的負荷，如果負荷較大，則要適當增大其長度。最后，再根據(jù)實際的情況確定電動機的軸向長度和寬度。

3特種車輛永磁同步電動機的設計流程

永磁同步電動機的整個設計過程比較復雜，因此，需要明確設計的流程，按照規(guī)定的流程進行電動機的設計，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(jù)設計要求確定電機的基本結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)中包括電機的主要尺寸、定子沖片、永磁體尺寸、轉(zhuǎn)子沖片和定子繞組等，根據(jù)實際情況對這些參數(shù)進行調(diào)整，直到符合要求為止。然后要進行電動機的磁路計算和電磁參數(shù)計算，最后要計算電動機的工作特性和啟動性參數(shù)，如果各個參數(shù)不能達到相關的要求，就要對電動機的基本結(jié)構(gòu)進行重新設計，直到符合要求為止。

4總結(jié)

綜上所述，通過對特種車輛永磁同步電動機的設計過程的分析，明確了它的設計要求和設計流程，對其基本結(jié)構(gòu)的設計也進行了簡要的總結(jié)。這有助于提升特種車輛的作業(yè)能力，具有較深刻的現(xiàn)實意義。

參考文獻

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作者：閆海龍 單位：內(nèi)蒙古錫林郭勒盟錫林浩特市華油二連分公司設備管理中心