高速永磁電機綜合設(shè)計方法的研究.pdf

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

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

3、所特有的問題。利用所研究的損耗計算方法對比分析了不同驅(qū)動方式下電機電磁損耗。分析了電機電磁損耗隨電機氣隙長度變化的規(guī)律。
　　研究了電機傳熱的類型及其特點。運用計算流體力學(CFD)技術(shù)對HSPMM的傳熱問題進行流固耦合建模，并基于此針對HSPMM的轉(zhuǎn)子散熱進行了電機結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。在CFD計算得到電機的流熱場分布特點的基礎(chǔ)上，抽象出建模和計算速度更快的集總參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)(LPTN)模型，并對轉(zhuǎn)子溫升進行了參數(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度和永磁體矯頑力。
　　分析了不同轉(zhuǎn)子材料的性能特點及其可用范圍。針對SPM轉(zhuǎn)子和IPM轉(zhuǎn)子分別提出了其轉(zhuǎn)子強度計算的工程設(shè)計方法，并采用有限元(FEM)對不同工況下的強度問題進行了深入分析。之后研究了HSPMM轉(zhuǎn)子動力學的計算方法，并利用FEM計算了轉(zhuǎn)子的特征頻率，分析了不同軸承支承剛度下電機轉(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)計方法。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)電機電磁性能、溫升性能以及轉(zhuǎn)子強度和動力學特性的解耦計算。針對鼓風機應用，采用這一設(shè)計方法設(shè)計了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)速等級的樣機。其中140 kW電機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)電機的性能特點，并在對比研究的基礎(chǔ)上分析了其各自的適用場合。
　　針對三種功率等級各制作了一臺樣機。采用功率分析