一种高转矩密度高效率电机

技术领域

本发明涉及电机本体设计领域，具体涉及一种应用于拖拉机驱动及作业的高转矩密度高效率电机。

背景技术

目前拖拉机驱动及作业用电机通常采用交流异步电机，它具有结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、维护方便、坚固耐用等一系列优点，然而其启动性和调速性能较差，功率因数不高，电流幅值和输出转矩达不到要求，电机效率较低；因此市面上急需要设计一款高转矩密度和高效率的电机，通过运行效率和工作特性的提升，从空载到满载范围内接近恒速运行，以满足农用拖拉机在耕作过程中的驱动要求。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明提出了一种应用于拖拉机驱动及作业的高转矩密度高效率电机。

本发明的技术方案为：一种高转矩密度高效率电机，包括转子(b)、定子(a)，其中转子上包含有转子铁芯和P

进一步，每组两个永磁体同向充磁，即充磁方向同时指向气隙，或背离气隙，同时，相邻组永磁体充磁反向相反，即一组永磁体充磁方向指向气隙，一组永磁体充磁方向背离气隙。

进一步，每组两个永磁体对应的转子外圆为五段圆弧曲线，若电机极数为P

进一步，定子上包含定子铁芯和绕组，定子铁芯由定子轭(8)和N

进一步，不规则磁障(e)为直角三角形。

本发明的技术效果为：本发明的在18kW运行10分钟后，电机最高温度为60.7℃，满足设计条件；24kW运行3分钟后，电机最高温度为57.1℃，满足设计条件。从图中可以看出，电机线反电势幅值为71.91V，低于72V，正弦度较低，正弦度较高，说明电机永磁磁场谐波含量较低。电机具有很高的输出转矩，较低的转矩脉动，电机效率为94.4％，相对较高。其中不规则磁障(e)为直角三角形，五段圆弧曲线的划分其重要目的是提高气隙磁密正弦度，降低电机铁芯损耗。

附图说明

图1为本发明电机本体示意图；

图2为温升性能校验仿真图；(a)为18kW温升性能；(b)为24kW温升性能；

图3为线反电势和频谱分布图；(a)为线反电势图；(b)为频谱分布图；

图4为输出转矩和效率计算图；(a)为输出转矩图；(b)为效率计算图；

图5位磁密云图和磁场分布图；(a)为磁密云图；(b)为磁场分布图。

图6为本发明电机一极对应的弧度标注示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种高转矩密度高效率电机，包括转子(b)、定子(a)，其中转子上包含有转子铁芯和P

这个电机是8极，一极对应的弧度为45deg，第一段圆弧曲线L1所占角度为5.6deg(不规则磁障(e)所占有的弧度)，第二段圆弧曲线L2所占角度为1.4deg(永磁体和不规则磁障(e)交界所占有的弧度)，第三段圆弧曲线L3所占角度为31deg，第四段圆弧曲线L4所占角度为1.4deg(同L2)；第五段圆弧曲线L5所占角度为5.6deg(同L1)。

本发明在仿真条件下：

工况一：转速为1500rpm，转矩为107Nm，校验效率90％与反电势50.9V；

工况二：转速为3000rpm，转矩为47.75Nm，校验效率90％与反电势50.9V；

工况三：转速2186rpm，转矩为105Nm，电流小于400A与反电势41.6V。

如图2所示，仿真条件为室温25℃；18kW运行10分钟后，电机最高温度为60.7℃，满足设计条件；24kW运行3分钟后，电机最高温度为57.1℃，满足设计条件。

如图3所示，为额定性能(n＝2000rpm,T＝107Nm)的反电势和频谱分布。从图中可以看出，电机线反电势幅值为71.91V，低于72V，线反电势THD为4.27％，正弦度较低。

通过仿真得知，空载性能(n＝2000rpm,T＝0Nm)时，电机线反电势幅值为57V，相对来说较高，能够满足电机转矩输出要求。线反电势THD为1.8％，正弦度较高，说明电机永磁磁场谐波含量较低。齿槽转矩峰峰值为6.42Nm，考虑到应用场合可以接受。

如图4所示，为额定性能(n＝2400rpm,T＝107Nm)的输出转矩和效率计算情况。从图中可以看出，电机的输出转矩为107Nm，转矩脉动为14.1％，考虑到应用场所，这一数据可以被接受。电机效率为94.4％，相对较高，能够满足要求。

如图5所示，从图中可以看出，电机磁路正常，几乎所有的磁力线都会经过电机定子形成主磁通。

1.电机基本参数

基本参数

2.绕组基本结构

绕组基本结构