高速永磁電機(jī)綜合設(shè)計(jì)方法的研究.pdf

1、高速永磁電機(jī)(HSPMM)具有功率密度高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，與高速負(fù)載或原動(dòng)機(jī)連接無需變速裝置，因而克服了傳統(tǒng)電機(jī)故障率高、維護(hù)困難等諸多缺點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)HSPMM的分析和設(shè)計(jì)問題，開展了一系列工作。
　　本文首先從HSPMM的結(jié)構(gòu)與材料、損耗與溫升計(jì)算、轉(zhuǎn)子支承、轉(zhuǎn)子強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)分析等方面總結(jié)了當(dāng)前的研究現(xiàn)狀。之后從HSPMM在電磁、機(jī)械和溫升三個(gè)方面出發(fā)，分析這些限制因素對(duì)電機(jī)尺寸的影響。在此基礎(chǔ)上

2、，定性地分析了這些限制因素下電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的演進(jìn)規(guī)律。
　　研究了不同驅(qū)動(dòng)方式下電機(jī)基本電磁性能的計(jì)算方法。對(duì)比了正弦波驅(qū)動(dòng)、無刷直流(BLDC)驅(qū)動(dòng)以及六脈波驅(qū)動(dòng)下的電機(jī)基本電磁性能的不同。明確了各種驅(qū)動(dòng)方式的適用場(chǎng)合。給出了電機(jī)磁通、反電勢(shì)以及阻感參數(shù)等基本電磁參數(shù)的不同計(jì)算方法。
　　在基本電磁參數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)上，研究了電機(jī)銅耗、鐵耗、轉(zhuǎn)子損耗以及機(jī)械損耗的形成機(jī)理及計(jì)算方法。這些計(jì)算方法考慮到了諸如集膚效應(yīng)等高速電機(jī)中

3、所特有的問題。利用所研究的損耗計(jì)算方法對(duì)比分析了不同驅(qū)動(dòng)方式下電機(jī)電磁損耗。分析了電機(jī)電磁損耗隨電機(jī)氣隙長(zhǎng)度變化的規(guī)律。
　　研究了電機(jī)傳熱的類型及其特點(diǎn)。運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)對(duì)HSPMM的傳熱問題進(jìn)行流固耦合建模，并基于此針對(duì)HSPMM的轉(zhuǎn)子散熱進(jìn)行了電機(jī)結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。在CFD計(jì)算得到電機(jī)的流熱場(chǎng)分布特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，抽象出建模和計(jì)算速度更快的集總參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)(LPTN)模型，并對(duì)轉(zhuǎn)子溫升進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析，明確了影響轉(zhuǎn)子

4、溫升的最敏感因素為氣隙長(zhǎng)度和永磁體矯頑力。
　　分析了不同轉(zhuǎn)子材料的性能特點(diǎn)及其可用范圍。針對(duì)SPM轉(zhuǎn)子和IPM轉(zhuǎn)子分別提出了其轉(zhuǎn)子強(qiáng)度計(jì)算的工程設(shè)計(jì)方法，并采用有限元(FEM)對(duì)不同工況下的強(qiáng)度問題進(jìn)行了深入分析。之后研究了HSPMM轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的計(jì)算方法，并利用FEM計(jì)算了轉(zhuǎn)子的特征頻率，分析了不同軸承支承剛度下電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。
　　研究了HSPMM中存在的各種耦合現(xiàn)象。針對(duì)這些耦合現(xiàn)象，提出了一種基于迭代法的HSPM

5、M綜合設(shè)計(jì)方法。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)電磁性能、溫升性能以及轉(zhuǎn)子強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)特性的解耦計(jì)算。針對(duì)鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)用，采用這一設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了75 kW/36 kr/min、140 kW/24kr/min以及300 kW/18 kr/min三種不同功率和轉(zhuǎn)速等級(jí)的樣機(jī)。其中140 kW電機(jī)采用了三種不同的結(jié)構(gòu)方案。仿真分析了三種不同結(jié)構(gòu)電機(jī)的性能特點(diǎn)，并在對(duì)比研究的基礎(chǔ)上分析了其各自的適用場(chǎng)合。
　　針對(duì)三種功率等級(jí)各制作了一臺(tái)樣機(jī)。采用功率分析