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曳引机用外转子永磁同步电动机的分析与优化设

  在日常生活中,电梯作为垂直方向升降的交通运输工具,其占用面积小,同时通过电气或其它方式的控制可以将乘客和货物安全、合理、有效地送到不同的楼层。由于电梯具备较多的优点,已经成为与人们工作生活息息相关的重要组成部分,而曳引机是电梯的主要组成部分,曳引机通常由电动机、减速机、制动器、和底座等部件组成,其中曳引机中的主要部分为电动机,因此,电机为电梯的主要部件之一。在传统的曳引机中,大多采用的是三相异步电动机,这种电机效率较低,并且在运行中噪音、振动较大、安装维修困难。而永磁同步电动机具有体积小、高效节能、输出转矩平稳和起动转矩大等优点,是一种新型的高效特种电机,在各个电机生产企业、高校及研究单位得到了很好的评价。但是,永磁同步电动机存在着齿槽转矩和电磁噪音的问题。本课题来源于广州广日电梯工业有限公司,是关于设计和优化一款曳引机用外转子永磁同步电动机,使其达到效率高、振动小、噪音低和齿槽转矩低等优点。首先介绍永磁同步电动机的基本结构、工作原理及数学模型等,然后介绍ANSYS软件的相关知识和如何通过ANSYS有限元软件中Maxwell模块建立二维模型的方法。通过理论分析选出永磁同步电动机的槽极配合分别为36槽30极、36槽32极、36槽34极。对三种不同的槽极配合进行径向力波分析,优化分数槽永磁同步电动机固有的电磁噪音,经过对比分析,最佳的槽极配合为36槽30极,能够有效减少气隙磁密的谐波含量。除此之外,基于永磁同步电动机固有的齿槽转矩问题,根据永磁同步电动机产生齿槽转矩机理进行分析,通过优化极弧系数和采用不等厚永磁体进行优化,可以有效降低永磁同步电动机的齿槽转矩。基于Maxwell2D建立的有限元模型,将磁钢的极弧系数和偏心距分别设为变量,进行扫描分析,仿真结果表明,在合理的范围内,存在一个最优的极弧系数和偏心距使该款电动机的齿槽转矩得到明显削弱。最后,根据优化后的尺寸参数试制样机,对其各个性能参数、振动和噪音进行测试,通过对比分析样机的性能与Maxwell2D仿真值,主要的性能误差均在5%以内,满足优化设计的要求,同时也验证了Maxwell2D有限元仿真的正确性。本文在工程实践和理论上有较高的参考价值。

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