8KW永磁同步电机结构及设计的研究开题报告.doc

毕业设计(论文)开题报告题 目： 8KW永磁同步电机结构及设计的研究 学 院： 应用技术学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 陶威 学 号：200713010308 指导老师： 彭 晓 2011 年 3 月 11 日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文 献 综 述0 引言工农业生产的发展、科学技术的进步和人民生活水平的提高，都对电机及其传动系统的性能提出了越来越高的要求，有些是新的特殊的要求。而新材料，特别是高性能的稀土永磁材料的问世和不断完善，和新技术，特别是电力电子技术和计算机技术的迅猛发展，又为电机实现这些要求提供了可能。由于电机学术界和工程界的长期努力，通过运用新材料和新技术，不仅使传动电机的性能提高到一个新的水平，而且出现了许多在工作原理、结构、性能或运动方式上与传统电机相比有较大特点的性能优越的新颖电机。相应地在性能分析和设计计算方法上也有一定的特点。众所周知，电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为了在电机内建立进行机电能量转换所必须的气隙磁场，可以有两种方法。一种是在电机绕组内通以电流来产生磁场，例如普通的直流电机和同步电机。这种电励磁的电机既需要有专门的绕组和相应地装置，又需要不断供给能量以维持电流流动；另一种是由永磁体来产生磁场。由于永磁材料的固有特性，它经过预先磁化以后，不再需要外加能量就能在其周围空间建立磁场。这既可简化电机结构，又可节约能量。进入20世纪以来，各种永磁材料不断出现，特别是60年代和80年代，稀土钴永磁和钕铁硼永磁相继问世，它们的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积和线性退磁曲线的优异磁性能特别适合于适合于制造电机，从而使永磁电机的发展进入一个新的历史时期。我国的稀土资源丰富，稀土不稀，稀土矿的储藏量为世界其他各国总和的4倍左右，号称“稀土王国”。稀土矿石和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。因此。充分发挥我国稀土资源丰富的优势，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种永磁电机，对实现我国社会主义现代化具有重要的理论意义和使用价值。1永磁同步电机概念及特点在电机内建立进行机电能量转换所必需的气息磁场有两种方法。一种是在电机绕组内通电流产生磁场。这种方法既需要有专门的绕组和相应的装置，又需要不断供给能量以维持电流流动，例如普通的直流电机和同步电机。另一种是由永磁体来产生磁场。这种方法即可简化电机结构，又可节约能量。这种由永磁体产生磁场的电机就是永磁电机。而永磁同步电机则是用永磁体产生磁场使电机转子的转速与旋转磁场转速相同的交流电机。与传统的电励磁电机相比，稀土永磁电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高、电机的尺寸和形状灵活多样等显著优点。因为稀土永磁电机的应用范围极为广泛，遍及航空、航天、国防、装备制造、工农业生产和日常生活的各个领域。它包括永磁同步电动机、永磁发电机、直流电动机、无刷直流电动机、交流永磁伺服电动机、永磁直线电机、特种永磁电机及相关的控制系统。种类几乎覆盖了整个电机行业。2电机设计基本理论电机设计包括电磁设计和结构设计两部分，电磁设计的任务是根据技术条件或技术任务书的规定，参照生产时间经验，通过计算和方案比较，来确定于所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据，选定有关材料，并核算其电磁性能。结构设计的任务是确定点击的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格及性能要求，包括必要的机械计算及通风和温升计算。电磁设计包括：额定数据和主要尺寸计算，磁路计算，参数计算，工作性能计算，起动性能计算。电机主要尺寸的基本关系式：3永磁同步电机在国内外发展永磁材料的发展，特别是高磁能永磁材料在电机中的应用，为永磁电动机的研制和推广应用开辟了一个十分广阔的空间。永磁同步电机在电梯、船舶电力推进、汽车等各个领域得到广泛应用。国内外纷纷开展了无齿轮永磁同步电梯曳引机的研究开发工作，日本三菱公司首先在高速电梯上使用永磁同步曳引机，采取了有效措施抑制高次谐波以降低低频转矩脉动，提高了其运行性能。国内宁波欣达公司、三东百斯顿电梯有限公司等都加大了对永磁同步无齿轮曳引机的研制。由于永磁同步电机效率高，轻量化和高性能等特点，因此得到了船舶综合电力推进系统供应商青睐，比如船舶电力推进系统三大供应商之一的西门子就开发出了以永磁同步电机为SPP推进系统。我国早在20世纪80年代就已提出并着手发展电动车。目前，中科院电工研究所、哈尔滨工业大学、清华大学、华中理工大学、沈阳工业大学、香港大学等大专院校与中国一汽集团、东风汽车集团以及上海、北京等地的一些其他生产厂家合作开发电动车辆，其中很多电动车采用了永磁同步电机作为驱动系统。由于电子技术和控制技术的发展，永磁同步电动机的控制技术亦已成熟并日趋完善。以往同步电动机的概念和应用范围已被当今的永磁同步电动机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁同步电动机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。4 结论随着国家节能减排政策的落实，对高效节能电机需求将更加迫切。永磁同步电机的高效节能的特点及优越技术性能，必将成为时代宠儿，市场新贵。永磁同步电机已成为电机工业技术的主要发展方向之一，在未来电机系统节能领域必将发挥更为重要的作用。参考文献1陈世坤.电机设计M.第二版，北京：机械工程出版社，20022胡虔生，胡敏强.电机学M.北京：中国电力出版社，20093周顺荣.电机学M.北京：科学出版社，2002.130-1504王正茂.电机学M.西安：西安交通大学出版社，2002.82-1025唐任远.现代永磁电机理论与设计M.北京：机械工程出版社，1997.126陈俊峰.永磁电机M.北京：机械工程出版社，19827宋后定，陈培林.永磁材料及其应用M.北京：机械工程出版社，19848Theodore Wildi.Electrical Machines,Drives,and Power Systems,5th ed.科学出版社，2002.69胡之光.电机电磁场的分析与计算（修订本）.北京：机械工程出版社，198910Tang Renyuan,Li Ge，et al.The Application of Finite Element Method to the Design of REPM Synchronous Generators.IEEE Trans.Magn.1985，21（6）：24722475 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一、课题的目的与意义本课题主要是研制一种额定功率为8KW采用永磁体产生磁场的高效永磁同步电机主要应用于纺织化纤工业、陶瓷玻璃工业和年运行时间长的风机、水泵等。其主要技术性能达到国际先进水平。设计后的永磁同步电机将达到以下要求：（1）采用永磁体代替电流激励产生的磁场，可以简化电机结构，又可节约能量。（2）永磁同步电机取消了容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机，因此结构简单，运行更为可靠。（3）采用稀土永磁后可以缩小电机体积，减轻质量，电机的形状和尺寸也是灵活多样。（4）损耗减少，效率大大提高。通过设计后的永磁同步电机将是集节能型、多样化、低成本、高效率、高可靠性于一体的新高性能的电机设备。二、课题发展现状和前景展望永磁电机的发展同永磁材料的发展密切相关。我国是世界上最早发现永磁材料的磁特性并把它应用于实践的国家。两千多年前，我国就利用永磁材料的磁特性制成了指南针。19世纪20年代出现的世界上第一台电机就是由永磁体产生励磁磁场的永磁电机。但当时所用的永磁材料是天然磁铁矿石，磁能密度很低，用它制成的电机体积庞大，不久就被电励磁电机所取代。随着各种电机迅速发展的需要和交流充磁器的发明，人们对永磁材料的机型、构成和制造技术进行了深入研究。20世纪30年代出现的铝镍钴永磁和50年代出现的铁氧体永磁在磁性能上有了很大提高。随着各种微型和小型电机纷纷使用永磁体励磁，永磁电机的功率小至数毫瓦，大至几十千瓦，在军事、工农业生产和日常生活中都得到广泛应用，产量急剧增加。在20世纪60年代和80年代，稀土钴永磁和钕铁硼永磁相继问世。它们的高剩磁密度、高矫顽力、高磁极能和线性退磁曲线的优异磁性能特别适合于制造电机。从此永磁电机的发展进入了一个新的历史时期。1983年日本住友特种金属公司和美国通用汽车公司各自研制成功钕铁硼永磁，称为第三代稀土永磁。由于钕铁硼永磁的磁性能高于其他永磁材料，价格又低于稀土钴永磁材料，在稀土矿中钕的含量是钐的几十倍，而且不含战略物质钴，因而引起了国内外磁学界和电机界的极大关注，纷纷犹如大量人力物力进行研究开发。目前正在研究新的更高性能的永磁材料，如钐铁氮永磁、纳米复合稀土永磁等，以求能有新的更大的突破。1983年出现价格相对较低的钕铁硼永磁后，国内外的研究开发重点开始转移到工业和民用电机上。稀土永磁的优异磁性能，加上电力电子器件和微机技术的迅猛发展，不仅使许多传统的电励磁电机纷纷用稀土永磁电机来替代，而且可以实现传统的电励磁电机难以达到的高性能。三、课题主要内容和要求1、课题主要内容（1）掌握各种永磁材料性能及应用;（2）掌握永磁同步电机基本原理及特性;（3）分析、比较永磁同步电机结构及特征; （4）分析、掌握永磁同步电机电磁设计的原理; （5）完成一永磁同步电机的电磁设计;（6）完成一永磁同步电机的主体结构设计2、课题主要要求（1）要求我们掌握永磁同步电机的结构及特性，电磁设计的原理。（2）要求我们独立完成电机的全部电磁方案计算过程和主体结构设计，并根据所算结果绘出定、转子冲片图、电机总装图。（3）要求计算准确，绘出图形正确、整洁。（4）要求学生在设计过程中能正确查阅有关资料、图表及公式。四、研究方法、步骤和措施1、查阅资料，翻译英文资料查找设计所需的资料，资料的内容要有深度，要具有参考意义。2、熟练掌握设计所需的内容复习以前所学设计有关的专业知识，如：特种电机，电机设计，电机学，电机电器工艺学等，并熟练的运用到设计中去。还要学习一些设计中所用到的其它方面的知识，如：设计运用PRO/E软件根据所算结果绘制定、转子冲片图，电机总装配图。3、具体设计步骤（1）设计原始数据（2）提出方案进行分析、比较，选用最优设计（3）电磁设计计算（4）结构设计计算（5）绘制定转子冲片图，总装图及零部件图。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：能根据课题任务书查阅毕业设计相关的文献资料，进行了的分类整理归纳，对永磁同步电动机的应用、特点等进行了描述；对永磁同步电动机结构及设计有了充分的了解，综述内容比较丰富，结构合理。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：采用异步起动实现永磁同步电动机的设计，是永磁电机的发展方向，课题有一定的深度和工程意义。课题内容涉及面广，他涉及到永磁材料的选择、永磁材料的性能、电动机定转子的结构、永磁磁路计算等方面的知识，该课题有一定的难度，工作量饱满。课题的完成为同类永磁同步电动机的设计应用方面起到推动作用，对永磁同步电机的设计及技术指标的确立具有一定实际的参考价值。 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日