Y2-632-4型非晶电机研究及非晶铁心卷绕装置设计

摘要

非晶合金是一种新型绿色软磁材料，具有较强的软磁性能、耐腐蚀性能和机电耦合性能。目前，国内外学者已经对非晶合金材料做了大量的科学研究，其中以非晶合金带材及其应用为主。在常用的四种非晶合金材料中，铁基非晶合金应用最为广泛，它具有磁性强、磁导率高、激磁电流低、铁损低、价格便宜等优点。本研究主要围绕铁基非晶合金带材的应用展开，综述了国内外关于非晶铁心的研究现状，在前人研究的基础上，进行了以下的研究:
　　 (1)将非晶材料应用到电机中，选择Y2-632-4型电机作为研究对象。为了保证非晶电机的磁通量不发生变化，对电机的定子尺寸和绕组进行重新设计，选用Matlab作为电机辅助设计软件，以提高电机的设计效率。通过对比多组数据的计算结果，选取其中性能较好的一组作为设计结果。
　　 (2)根据电机设计中得到的非晶电机定子铁心的尺寸，采用线切割的方法加工非晶定子铁心，并制定出非晶定子铁心的成形方案。选择不同退火方案和不同形状的钢板对非晶层叠块进行热处理和装夹，实验证明:在低温长时间退火后，采用八边形钢板装夹后加工出的非晶定子铁心成形效果较好。并对加工后的非晶定子铁心进行了损耗测试，测试结果表明:虽然磁能在传递的过程中存在少量漏磁，但是非晶定子铁心的比损耗较硅钢定子铁心明显降低，其比损耗约是冷轧无取向硅钢铁心的比损耗的1/3。
　　 (3)根据计算结果生成有限元分析模型，利用Ansoft软件对硅钢电机和非晶电机进行性能仿真。在两个模型的基础上对电机的基本参数进行分析比较，直观的了解电机在额定状态、堵转状态、空载状态下的性能特点，以及电机的磁路分布，从理论上揭示电机在各个状态下的性能变化。分析结果表明:非晶电机的效率较硅钢电机高两个百分点;非晶电机在t=0.023s与硅钢电机在t=0.045s所建立的磁场基本相同。
　　 (4)在电力电子领域，铁基非晶合金带材主要被做成环形铁心。由于非晶带材非常薄，而且比较脆，使得当前铁心卷绕装置难以适应非晶带材的卷绕。针对非晶合金材料的特殊性能，设计出用于非晶环形铁心的卷绕装置，并对其各部分结构进行了性能校核。根据校核后得到的各部分的尺寸，利用UG软件建立卷绕装置的三维模型。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 非晶合金

1．2 非晶电机研究现状

1．3 电机CAD技术

1．4 非晶铁心的研究现状

1．5 本文研究意义及主要研究内容

1．5．1 本文研究意义

1．5．2 本文主要研究内容

1．5．3 本文拟解决关键问题

第2章 非晶电机的计算机辅助设计

2．1 非晶电机的设计思路

2．2 选定研究对象

2．3 非晶电机的电磁设计

2．3．1 非晶电机定子铁心设计

2．3．2 非晶电机定子绕组设计

2．4 非晶电机设计程序编制

2．4．1 电机CAD软件的选择

2．4．2 电机CAD设计程序分类

2．4．3 基于Matlab软件的非晶电机设计程序编制

2．5 非晶电机的设计结果

2．6 本章小结

第3章 非晶合金定子铁心的成形及测试

3．1 非晶定子铁心的加工方案

3．2 非晶定子铁心的主要加工过程

3．2．1 非晶单片的剪切

3．2．2 非晶叠片的热处理

3．2．3 非晶层叠块的装夹压紧

3．2．4 非晶层叠块的浸渍固化

3．2．5 非晶定子铁心线切割

3．3 装夹方式的改进

3．4 非晶定子铁心损耗测试

3．4．1 测试原理

3．4．2 测试结果

3．5 本章小结

第4章 电机性能仿真和有限元分析

4．1 Ansoft软件简介

4．2 基于RMxprt模块的电机性能仿真

4．2．1 电机模型的建立

4．2．2 仿真结果的分析

4．3 Maxwell 2D模块空载瞬态电磁场有限元分析

4．3．1 初始状态

4．3．2 有限元分析结果的分析

4．4 本章小结

第5章 非晶环形铁心的卷绕装置的设计

5．1 环形铁心卷绕装置

5．1．1 传统卷绕装置的结构组成

5．1．2 卷绕装置的工作过程

5．2 非晶卷绕装置的结构组成

5．3 卷绕装置各部分的设计

5．3．1 放料架

5．3．2 张紧机构

5．3．3 涂液机构

5．3．4 切断机构

5．3．5 卷绕轴

5．3．6 驱动机构

5．3．7 焊接机构

5．4 卷绕装置的三维结构图

5．5 本章小结

第6章 结论

附录一 非晶电机定子铁心设计程序

附录二 非晶电机定子绕组设计程序

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参与的项目