1.5KW永磁直驱电机建模及仿真_开题报告

从电机产品的整个生命周期来看，电费的支出是采购支出的100倍以上，如果节能或者说产品效率比较高的话，那么它在未来能够给一个用户带来的经济效益是相当可观的。我国电机安装总功率约7.5亿kw，若电机系统运行效率提高20％，则可减少电力装机1.5亿kW左右，超过7个三峡工程的装机容量。据国际电工委员会（IEC）统计，工业用电动机消耗全世界发电量的39％－40％。中国大于40％以上。中国是世界排名第二的一次能源消费国。我国能源资源不足，人均占有量大大低于世界平均水平。随着工业化、城镇化加速发展，能源消费总量不断增加，石油和电力供应紧张已成为制约经济社会发展的一个重要因素。同时还要看到，尽管近几年节油节电工作取得了一定进展，但是能源消费不合理、利用效率低的状况仍然比较严重。据统计，我国电机系统运行效率比国外先进水平低10%-20%，低效电机及相关设备仍在大量使用。目前我国约有10亿台电机在运营，耗电占电网总负荷的60%占整个工业用电的70%。受制于能源短缺的瓶颈，我国目前约有6成的电机在低于设计额定负荷60%的负荷状态下运行，导致高达30%的用电被浪费掉。因此我国研发电动机的节电远比建新电厂、寻找新能源更迫切，更重要。以目前我司生产线输送带上的三相异步电机来说，就存在大马拉小车，效能低，浪费能源的情况；为了响应国家开源节流的号召，节约能源，我司准备研发一款永磁直驱电机，以替代三相异步电动机，提高效能，节约能源！

（一）.直驱电动机的工作原理

所谓直驱电机,就是直接驱动式电机的简称，分为力矩电机和直线电机。力矩电机是由定子和转子构成。在定子中通上三相交流电，就会产生三相旋转磁场，而转子是由硅钢片制成，上面贴着永磁磁钢，二个磁场相互作用而旋转的一种电机。在驱动负载时，不需经过减速机、传动装置(如传动皮带等)，直接驱动负载。由于取消了传统系统中的许多中间环节，如皮带或链条或钢丝绳和齿轮箱等部件，从技术上讲，具有更低的故障率。使用传动装置（如减速齿轮、皮带等）的机械系统，常常结构复杂、体积庞大、重量增加，而且带来系统运行成本、噪声及传动效率等方面的多种问题。直驱电机的诞生使得驱动装置变得更加紧凑，重量更轻，控制起来更加容易。

（二）.直驱电机特点

典型的传动装置从电动机到运动部件间包含了一系列的机械传动元件，使得传动链长、传动效率低、制造成本高、结构复杂。中间传动环节的存在，不仅导致反向间隙、摩擦及传动刚度降低等机械结构问题，增大非线性误差，而且还会引起一定程度的弹性变形，使整个系统的阶次变高，系统的鲁棒性降低等。因此取消中间传动环节已成为当前机械设备功能部件研究的主流方向之一，开发力矩电机正是解决这一重大问题的关键技术手段。由于用力矩电机替代传统电机实现直接驱动，取消了传动系统，所以具有以下突出优点：

动态响应速度快。由于取消了系统中一些响应时间常数较大的机械传动部件，从而使得整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，系统反应更加灵敏。这意味着采用直驱系统可具有更大的加速度及更短的定位时间。

传动刚度高。由于采用直接驱动，避免了因中间转动环节的弹性变形、摩擦磨损及反向间隙所造成的运动滞后现象，提高了其传动刚度；同时由于减小了机械磨损，因此可靠性大大提高了。

定位精度高。由于消除了中间传动机构间隙，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差，可大大的提高机械的定位精度。除此之外，编码器直接安装在直驱电机轴上，形成了一个控制闭环系统，因此，定位精度大大提高了。

传动效率高。由于没有了中间环节，消除了中间环节机械磨损的能耗，传动效率大大提高。

运动噪声低和零保养。由于没有中间传动机构的机械振动，运动噪声大大降低；同时磨损的器件只剩下旋转或直线的轴承，因此假如只要做到永久性润滑和一次性装配，就可以实现零保养。

（三）直驱电机国内研究现状

目前国内直驱电机在一些细分行业已经展开了大规模的应用：在电梯行业，以前都是采用异步电机带减速器带抱闸结构，现在基本都采用永磁直驱电机带抱闸结构；在家电行业大部分滚筒洗衣机都采用了直驱变频技术，直驱电机洗衣机使电机与内筒旋转中心一致，保证了内筒的偏移，减少了设备故障率和皮带传动的噪音；在工业缝纫机行业，直驱伺服电机也有了广泛的应用；在石油行业，直驱电机在油田抽油机螺杆泵上代替传统的磕头机异步电机结构，也有了一定的应用；在电动自行车、电动汽车等直驱式轮毂电机等也广泛的应用；在新能源风力发电行业，永磁直驱发电机也有一定的市场份额，新疆金风科技的永磁直驱风力发电机目前在国内风电市场占据最大的市场份额；在注塑机、空压机等行业应用逐步广泛，宁波海天专门成立了电机公司，为注塑机配套生产直驱电机及伺服系统。在工业机器人应用方面，沈阳新松公司采用直驱电机设计了多款用于晶圆厂晶圆搬运的SCARA洁净机器人。

目前，国内在该领域的代表性厂商有汇川、英威腾、大族电机等，代表性产

品在功能上逐步向向国外产品看齐，也集成有一些较新的功能及技术，如同时支持驱动异步电机和永磁同步电机、可进行参数自学习、具备各种保护功能等，开始向全数字化、功能齐全、网络化等方向发展，但在性能、可靠性及易用性方面还有差距。与外资品牌相比，国产品牌产品价格一般低30％至40％。随着生产规模扩大，在零、配件采购中侃价实力会进一步提高，成本有望进一步降低。而且设计更适合中国国情，如宽电压工作范围、宽温度适应范围、汉化效果更好、有中文提示功能、防腐蚀防潮湿设计更到位等等，满足不同行业用户的需求。

（四）直驱电机国外研究现状

有关直驱电机的研发最早出现在20世纪70年代中期，代表性企业包括美国科尔摩根公司、瑞士Etel公司、日本横河公司，当时主要产品为有刷直驱电机。随着永磁材料和电子技术的进步，近年来无刷直驱电机技术获得很大发展，直驱电机运用领域也越来越广泛，其中的永磁同步直驱电机也因其转速低、转矩大、结构简洁、控制精度高等优点而备受重视，而生产永磁同步直驱电机的厂家也因此越来越多。其中美国的科尔摩根公司是产品最齐全的一家公司，其直驱电机产品系列包含了旋转电机，直线电机、有铁芯电机、无铁芯电机、无框电机等，被广泛运用于航空航天、印刷包装、食品和饮料加工、医学影像、体外诊断和实验室自动化、制药、材料成型和切割、石油和天然气、家用电器、服务机器人以及工业机器人等。此外还有一些公司也颇具特色，例如，德国Cytec公司以生产高精度摆头著称，而Etel公司以生产超大直驱电机著称。需要了解的是，直驱电机在轻量化机械臂上应用时，通常仍然需要结合一定减速比的减速机，或者与减速机组合成一体式电机。在这类专用直驱电机方面，美国科尔摩根公司以及德国RoboDrive公司总体技术最为先进。

（五）研究成果

目前我司自主研发的传送带用直驱电机，主要特点是低速、大扭矩、高效率，可以直接替换传统传送带上感应电机加蜗轮蜗杆减速器结构，提高了系统效率的同时也降低了维护费用，该款电机已通过国家微特电机及组件产品质量监督中心节能监测测试，并小批量安装在传送带上使用，经过半年的对比测试，节能效果显著。

二.^范文提纲

1.引言

2.直驱电机介绍

2.1直驱电机工作原理

2.2直驱电机特点

3.传送带工作状况分析

3.1工作现场电机参数测试

3.2工作现场状态还原测试

3.3直驱电机设计需求分析

4.直驱电机设计

4.1直驱电机电磁设计

4.2直驱电机结构设计

4.3直驱电机散热设计

5.直驱电机制造

5.1直驱电机关键零部件制造

5.2直驱电机组装

6.直驱电机性能测试

6.1直驱电机性能测试

6.2直驱电机实测性能和理论设计性能对比

7.结论

三.参考文献

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