高速永磁無刷直流電機(jī)磁熱耦合分析與效率優(yōu)化研究.pdf

1、分類號：UDC：學(xué)校代號：11845密級：學(xué)號：2111001018廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文(工學(xué)碩士)高速永磁無刷直流電機(jī)磁熱耦合分析與效率優(yōu)化研究陳小軍指導(dǎo)教師姓名、職稱：肖曙紅教授摘要摘要隨著節(jié)能減排要求不斷提高，高速高效電機(jī)是我國未來電機(jī)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。電機(jī)高速運行時產(chǎn)生的損耗大、溫升高、運行效率低，對電機(jī)的工作壽命和運行可靠性的影響很大。本文以超高速微孔鉆削電主軸內(nèi)裝式永磁無刷直流電機(jī)設(shè)計為例，從效率優(yōu)化角度對高速永磁無刷

2、直流電機(jī)樣機(jī)進(jìn)行磁熱耦合分析與效率優(yōu)化，探索提高高速永磁無刷直流電機(jī)效率的設(shè)計理論與方法。論文的主要工作包括：首先，對高速永磁無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及特點進(jìn)行了闡述，分析了超高速電主軸永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計特點。重點考慮了轉(zhuǎn)子永磁體保護(hù)問題，提出了采用非導(dǎo)磁高強度耐高溫合金鋼包裹在永磁體的外表面，有效的屏蔽了氣隙磁場的高次諧波，對降低整個轉(zhuǎn)子的渦流損耗以及散熱都非常有利；高速電主軸性能受過盈量影響較大，為滿足高速電主軸的設(shè)計需要

3、，對電機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸配合過盈量進(jìn)行了分析計算。此外采用場路結(jié)合有限元方法，對電磁設(shè)計中重要參數(shù)進(jìn)行計算，初步擬定了高速永磁無刷直流電機(jī)的總體設(shè)計方案。其次，建立了高速永磁無刷電機(jī)的場路耦合模型，對電機(jī)瞬態(tài)二維電磁場進(jìn)行了分析，得到了電機(jī)的空載和負(fù)載運行時的特性結(jié)果；考慮高次諧波和旋轉(zhuǎn)磁化對高速電機(jī)定子鐵耗的影響，對定子不同部位進(jìn)行了等效磁密計算，并借助諧波分析計算不同頻率下各點的磁密幅值；以Bertotti分立鐵耗計算模型為基礎(chǔ)分析了交變

4、磁場波形對鐵耗的影響，對高速永磁無刷直流電機(jī)內(nèi)的損耗進(jìn)行了分析計算。根據(jù)溫度場理論，利用AnsoR與Workbench有限元分析軟件搭建了高速永磁無刷直流電機(jī)磁熱耦合有限元分析模型，對電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、永磁體等關(guān)鍵零部件進(jìn)行了瞬態(tài)二維溫度場分析。結(jié)果表明：定子的溫度最高點發(fā)生定子齒尖部，電機(jī)轉(zhuǎn)子部分溫度高于定子鐵芯的溫度；還研究了不同護(hù)套材料和散熱方式對電機(jī)溫升的影響。最后，為了滿足超高速電主軸永磁無刷直流電機(jī)設(shè)計要求，從電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的角