高速盤(pán)式永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)及多物理場(chǎng)分析.pdf

1、本文以高速盤(pán)式永磁電機(jī)為研究對(duì)象，采用解析法與集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)法為主要研究手段，對(duì)電磁計(jì)算、損耗分析與熱計(jì)算、電磁振動(dòng)及機(jī)械應(yīng)力校核等開(kāi)展一系列研究工作，以促進(jìn)該類(lèi)電機(jī)的理論與技術(shù)發(fā)展及工程應(yīng)用。
　　論文主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新成果包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)以常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的盤(pán)式永磁電機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)現(xiàn)普遍的四種電磁解析算法（實(shí)數(shù)保角變換、復(fù)數(shù)保角變換、許克變換與精確子域法）進(jìn)行推導(dǎo)，繼而對(duì)計(jì)算所得到的氣隙磁密、反電動(dòng)勢(shì)與齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行

2、了對(duì)比分析，給出了各種算法的優(yōu)劣性以及適用特點(diǎn)。最后，通過(guò)電流片法對(duì)電樞磁場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算，完善了采用相對(duì)空氣磁導(dǎo)率類(lèi)方法的計(jì)算體系。本文首次采用許克變換對(duì)盤(pán)式電機(jī)氣隙相對(duì)磁導(dǎo)率進(jìn)行求解，指出了K域變換的必要性并給出了求解過(guò)程。
　　(2)針對(duì)Halbach陣列結(jié)構(gòu)高速盤(pán)式永磁電機(jī)，在直角坐標(biāo)系下建立精確子域模型，并對(duì)設(shè)計(jì)電機(jī)進(jìn)行反電動(dòng)勢(shì)、齒槽轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)矩等電磁性能計(jì)算。采用磁網(wǎng)絡(luò)與解析算法，分別對(duì)對(duì)非晶合金定子鐵心與永磁體渦流損耗

3、進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)有限元計(jì)算驗(yàn)證了算法的正確性。本文建立的精確子域模型具有一定普適性，可適用于任意磁極組合、充磁強(qiáng)度、充磁方向的排列結(jié)構(gòu);此外，本文提出的電樞磁場(chǎng)計(jì)算方法也具有一定普適性，適用于任何繞組排列結(jié)構(gòu)。
　　(3)基于計(jì)算流體力學(xué)理論，深入研究了高速盤(pán)式永磁電機(jī)風(fēng)摩損耗與散熱系數(shù)，并給出了詳細(xì)的計(jì)算公式。在考慮磁-熱耦合的基礎(chǔ)上，進(jìn)行集總參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)模型的搭建，以適用于快速計(jì)算場(chǎng)合。最后，通過(guò)FVM模型驗(yàn)證了溫升模型與風(fēng)摩損耗

4、計(jì)算的正確性。其中，采用系數(shù)提取與擬合的方式求解散熱系數(shù)與氣隙內(nèi)溫度，可大大提高集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)模型的精確性，并降低求解矩陣維度。
　　(4)研究了盤(pán)式永磁電機(jī)振動(dòng)，對(duì)引起噪聲的原因進(jìn)行了說(shuō)明，重點(diǎn)闡述并分析了引起電磁振動(dòng)的電磁應(yīng)力;指出了盤(pán)式電機(jī)定子系統(tǒng)自然頻率計(jì)算與徑向電機(jī)的不同之處，并結(jié)合薄板理論，給出了盤(pán)式永磁電機(jī)自然頻率、等效剛度等計(jì)算方法;基于等效機(jī)械網(wǎng)絡(luò)思想，在考慮機(jī)殼表面形變相互影響的基礎(chǔ)上，對(duì)定子表面振動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。通

5、過(guò)有限元方法驗(yàn)證算法的正確性，并對(duì)盤(pán)式永磁電機(jī)噪聲進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　(5)采用解析算法對(duì)高速盤(pán)式永磁電機(jī)機(jī)械方面進(jìn)行校核?；谟来朋w受力計(jì)算結(jié)果，提出了一種永磁安裝方式;針對(duì)轉(zhuǎn)子背鐵進(jìn)行受力分析并進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析以確定運(yùn)行的穩(wěn)定;對(duì)盤(pán)式電機(jī)加工過(guò)程中易產(chǎn)生的偏心狀況，采用許克變換進(jìn)行了解析建模，對(duì)各偏心情況情況下的氣隙磁密、磁鏈與反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行對(duì)比分析。其中，首次采用許克變換，對(duì)盤(pán)式電機(jī)偏心狀況進(jìn)行建模計(jì)算，降低了計(jì)算時(shí)間提高了