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矩电机技术原理系统结构&永磁同步外转子式力矩电机生产工艺
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相关专利技术Keywordspermanent magnetic material, thermal stability, temperature coefficient, non-destructive testing
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&&&&&&&&作为国家“十五”科技攻关计划项目“稀土应用工程”中“稀土永磁材料在高性能电机应用的共性关键技术”、辽宁省科技攻关计划和沈阳市科技攻关计划项目的一部分，本文围绕永磁电机运行过程中出现的高温失磁现象，对永磁材料的性能状况、合理选择、热稳定性的快速无损检测以及磁性能对电机设计的影响等技术问题进行了深入研究，取得了一些具有理论意义和工程实用价值的成果。概括起来，本文的内容可分为以下几个部分。第一部分利用现有仪器对大量永磁体样品进行测量，并对测量结果以及测量过程中影响到测量准确性的多种因素进行了总结分析。永磁体的磁性能参数直接影响着永磁电机性能的好坏，为了弄清楚目前国内永磁材料的性能状况，利用较为先进的磁性测量仪器对国内各地大量的永磁体样品进行了测量，并且对测量结果进行了总结分析。从测量结果来看，目前的永磁材料性能上存在着很大的差异，主要体现在永磁材料热稳定性方面。这种差异的存在，不但增加了电机设计的难度，而且降低了永磁电机性能的稳定性和可靠性。通过对永磁材料热稳定性的测量和分析，为今后永磁电机的设计生产提供了数据基础和防失磁技术研究的依据。在前面测试基础上，结合永磁体的磁性参数之间的关系以及退磁曲线与内禀矫顽力曲线的性质，分析推导出影响热稳定性的两个主要参数拐点位置和温度系数的计算公式。由材料厂家提供的永磁材料常温下性能即可推出永磁体在工作温度下的拐点位置或由给定拐点位置推出满足要求的常温下内禀矫顽力的值，使得永磁电机生产厂家对永磁材料的选择更为具体。第二部分是对永磁电机生产厂家更为关心的永磁材料热稳定性的无损检测方法进行了研究。为了满足广大永磁电机生产厂家共同的需求，本文在现有磁测量技术的基础上提出了两种快速无损检测方法，分别通过模拟电机实际工况以及在施加退磁电流过程中实测磁通来检测永磁体在高温下的拐点位置。同时根据这两种方法制作了相应的测量设备，并对检测设备的准确性以及重复行进行了可行性试验。这两种方法的提出和相应的检测装置的应用，不但保持了永磁体的完整性，避免了切割标准样品带来的不必要的浪费；而且同现有的检测设备相比，设备成本降低、测量时间大大缩减，能够满足生产实际中对永磁体逐块检测的需求。第三部分是在上面的测量基础上，重点分析了永磁材料磁性能对电机参数的影响，并在此基础上总结了永磁电机防失磁的合理设计措施。永磁体作为永磁电机的磁通源或磁动势源，其外形尺寸和磁性能尤其是热稳定性直接影响着电机运行性能。从转子结构的合理设计、永磁体尺寸的选择和最大去磁工作点的校核三个方面提出永磁电机防高温失磁的设计方法。在一定温度下，永磁体退磁曲线上拐点位置的高低不但影响着永磁体用量，还直接影响着电机运行的可靠性。拐点位置越高，永磁体用量就会相应的增加，进而增加电机成本。为了避免电机发生失磁，设计时必须采用电磁场计算永磁体各部分的最大去磁工作点并使受到去磁作用最大的部分的最大去磁工作点高于拐点位置，从而保证永磁电机运行过程中避免失磁，又可尽量降低成本。
&&&&This dissertation is devoted to the study on the reasonable select of permanent magnet, effect on permanent magnetic machine of permanent magnetic(pm) material and test methods and equipment of thermal stability in order to resolve the demagnetization problem of pm machine which have obtained some achievement on theory and engineering application. This project is supported by the National Key Technologies R&D Programme and the Science and Technology Items of Liaoning province and Shenyang city and is a part of the item "commonness key technique of rare earth PM material application on high performance electrical machine " in rare earth application engineering.Four parts are included as follows:First of all, lots of permanent magnetic samples are measured and results and factors affecting accuracy in the course of measurement are analyzed. Parameters of pm material affect directly the performance of pm machines. In order to find out the performance actuality of pm material, lots of permanent magnetic samples are measured. Basing on the analyzing of measurement results, there are more difference on the performance of pm material. The difference behave on uniformity, coherence and thermal stability and exists in not only different manufactories but also different batch materials produce in same manufactory. The difference not only increases the difficulty of machine design but also reduces the reliability of pm machine. In the results, thermal stability is emphasized. The analysis results provides data base for pm machines design. Basing on the measurement results before and combined with the relationship of magnetic parameters of permanent magnet and the character of demagnetization curve, calculating formulas of the position of knee point and temperature coefficient were analyzed and given. By the formulas, not only the position of knee point on working temperature can be calculated from the magnetic parameters given by the material factory but also the inherent coercive force can be calculated from the determinate position of knee point on working temperature. The application of the formulas make the selection of permanent magnetic materials more particular.Secondly, the non-destruction measurement technique of thermal stability of pm material is researched and several methods were brought forward. In order to meet the needs of more manufactories, two methods are brought forward and corresponding apparatuses are designed. The application of methods and apparatuses not only can keep the integrality of permanent magnetic materials avoiding the waste brought about by the incision but also can decrease the cost of the device and measurement time to meet the needs of manufacture in practice.The third part devoted to the effect of permanent magnetic material parameters on pm machine design and put forward the specification of demagnetization proof of permanent magnet machine on high temperature. The specification is put forward from the selection of permanent magnet materials, appropriate design of rotor, calculation of maximal demagnetization working point three facets. Being as a source of flux or magnetic motive force, pm material affects the performance of pm machines. On definite temperature, the knee point of pm material affects not only the volume of material but also the reliability of pm machine. In order to ensure electrical machine’s reliable operation, the maximal demagnetizing working point of permanent magnet material should be above the knee point. If the knee point of pm material is high, the volume and cost must increase accordingly.
&&&&&&&&钕铁硼永磁电机防高温失磁技术的研究摘要5-7Abstract7-8第一章 绪论13-23&&&&1.1 课题背景和选题意义13-16&&&&1.2 永磁防失磁技术的研究及国内外发展现状16-21&&&&1.3 论文的主要工作21-23第二章 烧结钕铁硼永磁材料的热稳定性检测23-46&&&&2.1 永磁体的稳定性23-24&&&&2.2 测试仪器介绍24-29&&&&&&&&2.2.1 测试线圈25-27&&&&&&&&2.2.2 测试过程27-29&&&&2.3 测试结果与分析29-36&&&&&&&&2.3.1 同一样品不同位置热稳定性的检测分析30-32&&&&&&&&2.3.2 同厂家同牌号不同永磁样品热稳定性的测试分析32-33&&&&&&&&2.3.3 大块样品的热稳定性测试结果与分析33-36&&&&2.4 永磁体的合理选择36-38&&&&2.5 测试室温下磁性能以间接推算热稳定性的方法38-45&&&&&&&&2.5.1 相对回复磁导率μ_r39-40&&&&&&&&2.5.2 矩形度40-42&&&&&&&&2.5.3 推算方法和推导过程42-44&&&&&&&&2.5.4 测量结果与分析44-45&&&&2.6 本章小结45-46第三章 永磁体热稳定性的快速无损检测方法及装置46-72&&&&3.1 工作温度下模拟实际工况施加退磁电流的无损检测方法及装置46-65&&&&&&&&3.1.1 测试原理46-48&&&&&&&&3.1.2 磁化装置——电磁铁48-49&&&&&&&&3.1.3 极头加热系统49-51&&&&&&&&3.1.4 磁化电源51-54&&&&&&&&3.1.5 永磁电机空载漏磁系数的计算54-55&&&&&&&&3.1.6 电磁铁漏磁系数的计算55-56&&&&&&&&3.1.7 表面场的测量56-60&&&&&&&&3.1.8 检测永磁体开路的磁通60-61&&&&&&&&3.1.9 检测结果与对比分析61-65&&&&3.2 工作温度下施加退磁电流实测磁通的快速测试方法及装置65-70&&&&&&&&3.2.1 测试原理65-66&&&&&&&&3.2.2 测试线圈补偿66-68&&&&&&&&3.2.3 测试装置及测试过程68&&&&&&&&3.2.4 检测结果与对比分析68-70&&&&3.3 本章小结70-72第四章 永磁电机防高温失磁的合理设计72-86&&&&4.1 转子的合理设计72-76&&&&&&&&4.1.1 转子结构的选择72-74&&&&&&&&4.1.2 永磁体尺寸的选择74-75&&&&&&&&4.1.3 h_M对电机设计的影响75-76&&&&4.2 最大去磁工作点的校核76-84&&&&&&&&4.2.1 电机计算实例78-81&&&&&&&&4.2.2 最大去磁工作点的准确计算81-82&&&&&&&&4.2.3 永磁体拐点位置对永磁体用量的影响82-84&&&&4.3 本章小结84-86第五章 结论86-88参考文献88-95在学研究成果95-96致谢96
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