【摘要】：本研究是基于石油抽油機(jī)的傳動(dòng)方式改進(jìn),結(jié)合永磁電機(jī)可輸出大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)用的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī),該電機(jī)以塔式抽油機(jī)為基體,可實(shí)現(xiàn)直驅(qū)式抽油,能夠有效克服傳統(tǒng)抽油機(jī)傳動(dòng)鏈長(zhǎng)、耗能大、沖程短的缺陷�？紤]到抽油機(jī)的應(yīng)用性能,研究構(gòu)建了80極90槽,轉(zhuǎn)速為25r/min的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī),探討了電機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)電統(tǒng)籌的設(shè)計(jì)思路和方法。以該電機(jī)為研究對(duì)象,通過(guò)磁路法計(jì)算,協(xié)調(diào)電機(jī)使用時(shí)的因素,建立了電機(jī)幾何參數(shù)模型,使用ANSYS Maxwell進(jìn)行參數(shù)化分析及電磁場(chǎng)有限元計(jì)算,分析了該電機(jī)分別在空載及額定工況下的磁通分布、電壓、電流及輸出轉(zhuǎn)矩,校核了永磁體的最大去磁性能。通過(guò)對(duì)磁路法和有限元計(jì)算的數(shù)據(jù)分析,確定了優(yōu)化后的電磁方案。利用力學(xué)相關(guān)知識(shí),對(duì)該電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),其中包括主軸、卷筒等主要部件,針對(duì)新設(shè)計(jì)的電機(jī)進(jìn)行多重制動(dòng)方案分析。最后,應(yīng)用3D打印機(jī)進(jìn)行了三維成型�？紤]到該電機(jī)的實(shí)際使用環(huán)境,針對(duì)該電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)因素,計(jì)算了外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)在不同工況下的氣隙磁密,求解了徑向電磁力,通過(guò)對(duì)氣隙磁密及徑向電磁力傅里葉變換,掌握了對(duì)電機(jī)振動(dòng)影響較大的諧波成分。使用ANSYS Workbench對(duì)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析,求解了該電機(jī)固有頻率及振型,將其與電磁力波各次諧波對(duì)比分析,確定了影響該電機(jī)振動(dòng)的主要諧波。本次研究成果對(duì)于認(rèn)識(shí)和掌握外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)、電磁場(chǎng)有限元分析及外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)的振動(dòng),提供了重要的理論和實(shí)際參考,具有理論指導(dǎo)和現(xiàn)實(shí)意義。
[Abstract]:Based on the improvement of transmission mode of oil pumping unit and the advantages of high torque and low speed output of permanent magnet motor, a special external rotor permanent magnet synchronous motor is designed, which is based on tower pumping unit. It can effectively overcome the disadvantages of long transmission chain, large energy consumption and short stroke of traditional pumping unit. Considering the application performance of pumping unit, an external rotor permanent magnet synchronous motor (PMSM) with 80 pole 90 slots and 25r/min speed is constructed, and the design idea and method of electromechanical coordination of motor design are discussed. Taking the motor as the object of study, the geometric parameter model of the motor is established through the calculation of magnetic circuit method and the coordination of the factors in the use of the motor. The parametric analysis and the finite element calculation of the electromagnetic field are carried out by using ANSYS Maxwell. The flux distribution, voltage, current and output torque of the motor under no-load and rated working conditions are analyzed, and the maximum demagnetization performance of the permanent magnet is checked. By analyzing the data of magnetic circuit method and finite element calculation, the optimized electromagnetic scheme is determined. The mechanical structure of the motor, including main parts such as spindle, reel and so on, is designed by using the knowledge of mechanics, and the multiple braking scheme is analyzed for the newly designed motor. Finally, the 3D printer is used for 3D molding. Considering the actual application environment of the motor, the air gap magnetic density of the outer rotor permanent magnet synchronous motor under different working conditions is calculated, and the radial electromagnetic force is solved, aiming at the vibration factors of the motor during its operation. Through the Fourier transform of air gap magnetic density and radial electromagnetic force, the harmonic components which have great influence on motor vibration are grasped. The modal analysis of the whole structure of the motor is carried out by using ANSYS Workbench, and the natural frequency and mode shape of the motor are solved. The main harmonics affecting the vibration of the motor are determined by comparing them with the harmonic waves of the electromagnetic force wave. The research results provide important theoretical and practical reference for understanding and mastering the design of outer rotor permanent magnet synchronous motor, the finite element analysis of electromagnetic field and the vibration of external rotor permanent magnet synchronous motor.
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TE933.1

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