高速高功率密度无轴承永磁薄片电机设计与优化

• Published in: 电机与控制学报 Vol. 28; no. 6; pp. 171 - 180
• Main Authors: 李健, 陈红, 李大伟, 裴同豪, 刘嘉韵
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 山东科技大学 电气与自动化工程学院,山东 青岛 266590 01.06.2024; 华中科技大学 电气与电子工程学院,湖北 武汉 430074%山东科技大学 电气与自动化工程学院,山东 青岛 266590%华中科技大学 电气与电子工程学院,湖北 武汉 430074
• Subjects: 无轴承永磁薄片电机; 高速高功率密度; optimization; bearingless permanent magnet slice motor; 弱磁控制; high speed and high power density; 端部效应; field-weakening control; 优化设计; 环形绕组; toroidal wind-ing; end-winding effect
• ISSN: 1007-449X
• DOI: 10.15938/j.emc.2024.06.017

TM32; 传统无轴承电机在高速和高功率密度之间难以取得平衡,为此围绕高速高功率密度无轴承永磁薄片电机,对其拓扑结构、绕组形式、主要尺寸等方面进行优化设计,在保证转速和功率密度的基础上有效地提升悬浮性能.通过对运行工况的分析,得出电机拓扑结构需具备的基本特点,提出一种采用环形集成绕组的表贴式无轴承永磁薄片电机.在兼顾转矩和悬浮力输出性能、机械防护可靠性的基础上,对电机的电磁气隙长度和永磁体参数等主要尺寸进行优化设计.针对电机饱和、绕组端部伸出等不利因素,分别采取了超前角弱磁、定子略长的性能提升策略,有效地避免了悬浮力的大幅度跌落.搭建20000 r/min的无轴承永磁薄片电机有限元仿真模型并制造实物样机.通过对电磁转矩和主、被动悬浮力的分析,证明了本文设计的无轴承永磁薄片电机兼具良好的转矩与悬浮力输出性能,单位幅值电流产生的电磁转矩、主动悬浮力分别为0.166 N·m、4.4 N,电机输出功率10 kW、功率密度5.2 kW/kg.