高功率密度永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)與磁熱耦合分析.pdf

1、近些年來，由于高性能的釹鐵硼、釤鈷等稀土永磁材料的出現(xiàn)，使得永磁同步電機(jī)的性能得到了極大的提升，而且永磁同步電機(jī)具有高功率密度、高效率、體積小、低噪音等眾多優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。由于永磁同步電機(jī)的優(yōu)越性能和強(qiáng)大的需求，高性能的永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。
　　本文主要設(shè)計(jì)了一臺額定功率15kW、質(zhì)量20kg以內(nèi)、短時(shí)間工作制的專用特種永磁同步電機(jī)。闡述了高功率密度永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點(diǎn)，

2、分析了電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)與普通電機(jī)設(shè)計(jì)的不同之處。在本設(shè)計(jì)中，由于電機(jī)的功率密度比較高，所以電機(jī)的溫升問題非常嚴(yán)重。由于電機(jī)工作時(shí)間比較短，所以并未對電機(jī)設(shè)計(jì)特殊的散熱方法，允許電機(jī)在比較高的溫度下短時(shí)間工作。這樣在對電機(jī)進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)的同時(shí)，考慮電機(jī)耐高溫能力，采用了大量的耐高溫材料，從而保證電機(jī)在較高溫升的情況下，仍然可以繼續(xù)正常工作。根據(jù)永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)原則，對永磁同步電機(jī)的主要尺寸、繞組、槽極數(shù)選擇、永磁體和定子槽型等進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。

3、通過有限元分析軟件MagNet對所設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)建立電磁場仿真模型，對電機(jī)的靜態(tài)磁場、繞組反電動(dòng)勢、齒槽轉(zhuǎn)矩、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行進(jìn)行了仿真，得到了所設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)的電氣特性結(jié)果，同時(shí)結(jié)合軟件仿真結(jié)果，多次對永磁同步電機(jī)的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，最終確定電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)方案。
　　本設(shè)計(jì)的電機(jī)功率密度達(dá)到了0.906kw/kg，而且電機(jī)未采取特殊的散熱方法，所以本電機(jī)的溫升問題非常嚴(yán)重。雖然在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)采用了耐高溫材料，但是高功率密度永

4、磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)成功與否，還需要對電機(jī)的溫升進(jìn)行分析。介紹了熱傳學(xué)基本理論，包括熱傳遞的三種基本方式:熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射;以及熱傳學(xué)中的熱容和熱阻的概念。針對引起永磁同步電機(jī)電機(jī)溫升的各種損耗進(jìn)行了分析，主要包括定子鐵芯損耗、繞組銅耗、機(jī)械損耗和永磁體渦流損耗。最后通過溫度場仿真軟件ThermNet建立永磁同步電機(jī)的溫度場仿真模型，通過與MagNet進(jìn)行磁熱耦合仿真，分別對所設(shè)計(jì)的高功率密度永磁同步電機(jī)在空載和額定負(fù)載情況下的溫度場進(jìn)