特種車輛同步電動機工程設計范文

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摘要：現今隨著科學技術突飛猛進的發展，特種車輛的實際應用范圍也變得更加廣闊，但是特種車輛在實際工作過程中的工作能力以及表現出的專業功能主要受到車輛中永磁同步電動機的影響。永磁同步電動機具有很多優點，如電機的體積較小，質量相對輕便，運行中可靠性比較高，這些優點能有效提升特種車輛在實際使用過程中的性能。永磁同步電動機具有如此高性能的有點與其自身的設計是分不開的。

關鍵詞：特種車輛；永磁同步；電動機；工程設計

引言

特種車輛具體指的是具有專用使用功能以及車輛中具有專業使用設備的車輛，這種車輛與普通的車輛具有明顯的區別，在實際應用具有專項的操作能力。進些年來，隨著我國綜合國力的不斷提升，經濟的快速發展，特種車輛的類型和數量也在不斷的增加。雖然我國在特種車輛方面已經取得了很大的進步，但是發達國家相比，特種車輛的研制還存在較大的差異[1]。特別是在建筑業、采礦業等諸多行業中，對特種車輛的實際需求也在不斷的增加，在這樣的情形下，我們更有必要設計出高水平的特種車輛。特種車輛的研制過程中永磁同步電動機發揮著舉重輕足的作用。下面我們詳細分析一下特種車輛永磁同步電動機的工程設計。

1特種車輛永磁同步電動機工程設計要求

通常情況下，軍事領域中特種車輛永磁同步電動機的實際工作溫度會非常高，在這樣的境況中工作，因此這對永磁同步電動機性能也提出更高的要求[2]。而是石油工業領域中應用的特種車輛，其永磁同步電動機的工作溫度也相比其他工作環境溫度比較低，這種境況中工作的永磁同步電動機一般要采用釹鐵硼永磁體，這種永磁體的價格相對比較低，工作時要求的工作溫度也比較低，同時又具有優異的磁性能，制造過程中對絕緣材料的絕緣性能也比較低，但是其轉子的機械強度一定要符合相關要求，保證轉子的機械輕度能夠符合標準，進而讓其質量得到保證[3]。其次，在設計永磁同步電動機時，要盡可能的提高永磁同步電動機的工作效率。對于那些使用過程中負載變化不大的電動機，可以設計時就將其功率因數設計高一些；對于那些使用過程中負載變化較大的電動機，不可將其功率因數設計的太高。最后，在設計永磁同步電動機的結構時，要根據特種車輛的性質，選用合理的電機磁路結構，以這樣的方式來特種車輛中永磁同步電動機的使用性能。在設計的過程中可以減少槽口寬，運用這種方法對電動機的轉動慣量以及電動機的輸出慣量進行適當的調整，以此實現改善永磁同步第電動機的動態性能。

2特種車輛永磁同步電動機結構的設計和參數的選擇

永磁同步電動機的磁路結構相對靈活，加之永磁體本身的形式較為豐富，需要設計人員清楚的認識到不同類型轉子結構，通過適當的選擇，才能更好的設計出符合客戶需要的產物。效率達標、體積較小、質量較小就是永磁同步電動機最基礎的特點，同時也是設計人員所面臨的具體要求[4]。受到工作環境的影響，同時結合其專項作業能力水平加以分析，明確特種車輛永磁同步電動機結構的設計和參數的選擇需要重視科學性和合理性，在多個層面展開討論，在細節上關注相應的方案。

2.1選擇適應的電機結構

特種車輛中使用的永磁同步電機可以根據結構劃分成不同的種類，根據電機的結構機的類型可以分為外轉子型電機和內轉子型電機，我們現在所講的永磁同步電機就屬于內轉子型電機。這種電機的常用結構可以分為表面式結構和內置式結構，其中表面式轉子的機構具有樓磁系數比較小，同時其凸極率也比較小，電機的功率密度比較小，這種轉子的機械強度也是比較小的。內置式轉子的永磁同步電動機的永磁體表面裝有極靴，這種極靴可以放置在銅條籠中或者將這種極靴放置在鑄鋁籠中，這樣內置式永磁同步電動機的穩態和動態都具有良好的性能。內置式轉子的設計比表面式轉子的設計更加復雜，制造所耗用的成本也是比較高的，但是類型結構的轉子能夠增加電動機的磁阻轉矩，同時還能增加此電動機的功率密度以及想用的調速范圍。不僅如此它還具有體積小、輸出功率大、動態性能相對穩定。因此在設計的時候可以選擇內置式轉子[5]。但是這種結構的轉子，漏磁系數相對比較大，在設計的過程中可能需要使用隔磁磁橋，但是隔磁磁橋的寬松和長度又會對轉子的機械強度和隔磁效果造成一定的不良影響，進而影響其效果的發揮，因此在設計時需要根據永磁同步電機的實際使用情況進行合理選擇。

2.2繞組及極數、槽數設計

繞組屬于永磁同步電動機的關鍵組成，其可以保證的是電機的科學運行，同時又能讓其具備著最基本的可靠性，保證能量可以實現有效的轉換。電機的用銅量及工作效率會受到較為直接的影響。通過全面的分析電動勢諧波及磁動勢諧波的影響，可以清楚的判定出星形連接雙層短距疊繞組，保證將小電機的雜散損耗適當的減小，同時結合其端部的基本形狀排列情況，可以保證的是散熱效果絕佳和機械強度提升。若是定轉子在齒距中產生了較為明顯的變化時，齒槽的轉矩會發生較為顯著的周期性改變，其變化的周期會受到極數和槽數的具體影響。當周期數逐步的變大的時候，齒槽的轉矩幅度值會呈現出減小的趨勢，也就是說，齒槽的轉矩周期就是極數、槽數、極數最大公約數的比值。依照實際的情況，選擇更為適宜的電機極數和槽數，削弱電機的齒槽轉矩[6]。

2.3永磁體尺寸的合理選擇

針對于永磁體尺寸的合理選擇，應該考慮其對于永磁同步電動機設計的影響，只有將兩者有效的連接起來，才能更好的實現科學化的選擇。針對于尺寸的選擇，需要重視軸向的長度、軸向的寬度、磁化的方向長度等等。磁化方向的長度往往會對電動機本身的輸出轉矩等建立起較為直接的聯系，同時與過載能力及調速的范圍也有關系，長度不適宜過短，以免降低電動機本身的穩定性。在進行選擇的時候，應該格外的重視最佳工作點的選擇，由此便能穩步的提升電機的工作效率，同時又可適當的增大電機的功率密度。針對于電動機的負荷，需要關注的是若是負荷較大的時候，需要合理的增大其長度，依照具體的情況，確定電動機的軸向寬度及長度指標。

2.4電磁材料的科學選擇

永磁體材料的性能往往會讓永磁同步電動機的動、穩定性等受到影響，在電機體積和質量限制較為嚴格的情況下，永磁體材料的選擇需要關注多個細節。永磁體本身就具備著較高的磁性能，所以可以產生較為強大的氣隙磁場，這是需要重點考慮的問題之一。此外，電機本身的可靠性要求較高，永磁材料磁性能應該表現出良好的穩定性，溫度系數小，在選擇的時候，需要格外的重視這方面的情況[7]?，F階段，汝鐵硼屬于應用較為廣泛的永磁材料，也具備著極高的性能，但是其也存在著不足之處，主要是居里溫度較低，往往是在310-410攝氏度，溫度系數極高，具有著極差的熱穩定性，所以面對高溫環境的時候，磁損失較大，很容易出現不可逆退磁情況。若是設計不到位，在高溫的環境中很容易發生此類問題。伴隨著永磁材料的穩步發展，汝鐵硼的溫度性能呈現出逐步改進的趨勢，現階段商業化的汝鐵硼最高工作溫度能夠達到較為理想的200攝氏度。為保證永磁體在退磁場作用下，能夠始終保持著較高磁感性強度，需要選擇相對適宜的永磁體促使最低工作點高于退磁曲線的拐點。定子和轉子沖片的選擇同樣重要，作為電機中的主要磁路，電機在定子及轉子中所消耗的能量較小，需要保證的是定子和轉子沖片的磁阻較小。永磁同步電動機的沖片往往采用的是硅鋼片，其重點分為了熱軋型和冷軋型，前者磁通密度更容易飽和，電機產生的鐵耗極大，現階段很少被投入使用。冷軋硅鋼片厚度相對均勻，具有極好的表面質量，在永磁同步電動機中得以廣泛的運用起來。

3特種車輛永磁同步電動機的工程設計流程

針對于特種車輛永磁同步電動機的工程設計流程展開了較為詳細的分析，永磁同步電動機在設計過程中極為復雜，因此需要明確基本的設計流程，依照具體的細節展開相應的工作[8]。應該提前明確設計的具體標準，依照設計的要求確定電機的結構，在其結構內部，涵蓋著電機的尺寸、定子沖片及永磁體尺寸等等，依照實際的情況針對于具體的參數加以調整，保證其完全迎合相應的要求。進行電動機磁路計算的時候，還應該關注電磁參數的計算，之后將電動機的工作特性及啟動性參數加以計算，若是多種參數無法滿足具體的要求，應該針對于電動機的基本結構展開重新的設計，從而保證其及時的滿足相應的標準。

4結語

針對于特種車輛永磁同步電動機的設計過程展開較為詳細的分析，通過明確各種細節問題，清楚的理解特種車輛永磁同步電動機工程設計階段需要關注的問題，相應的設計要求和設計流程是重點討論的方面，在對其基本結構展開分析的時候，明確了部分設計的要領，通過簡要的總結與分析，判斷出科學化的工程設計方案，這將有助于更好的提升特種車輛的作業水平，由此更好的維護實際工作開展的實效性。針對于特種車輛永磁同步電動機的工程設計，明確科學的設計流程，希望通過此次的研究與分析，為現實工作的開展提供較為科學的參考依據。

參考文獻：

[1]閆磊，郭楓.永磁同步牽引系統在沈陽地鐵2號線地鐵車輛上的應用[J].機車電傳動，2013（03）：46-48.

[2]馮江華.軌道交通永磁同步牽引系統的發展概況及應用挑戰[J].大功率變流技術，2012（03）：1-7.

[3]劉可安，許峻峰，文宇良，何亞屏，劉雄，張朝陽.地鐵車輛用永磁同步牽引電動機地面試驗研究[J].大功率變流技術，2012（03）：20-24.

[4]江賽標.電動汽車用外轉子永磁無刷直流電動機及計算機輔助設計[D].廣東工業大學，2011.

[5]王渤洪，石清伶.日本鐵路機車車輛傳動用永磁同步電動機的研發概況[J].機車電傳動，2007（05）：41-48.

[6]劉春光，臧克茂，馬曉軍.電傳動裝甲車輛用永磁同步電動機的弱磁控制算法[J].微特電機，2007（04）：27-30.

[7]楊高.基于Ansoft的電動車驅動用永磁無刷同步電動機的設計[D].重慶大學，2007.

[8]楊超.電動汽車用永磁同步電動機驅動系統的模糊控制仿真[D].重慶大學，2004.

作者：黃煒石 單位：上海電力環保設備總廠有限公司