高速永磁电机设计及基于磁热耦合的热分析
发布时间：2021-06-22 16:36
高速电机的高转速和高功率密度的优点使其能够有效降低材料使用率,节约成本,同时高速电机能够直连于负载,省去中间的变速装置,进而使得工作系统所产生的噪声和相应的摩擦损耗得到有效的降低,使得工作机构的传动效率得到提升。由于高速电机的这些优势使得其在多个领域中均具有良好的应用前景,具体包括储能飞轮机构、循环制冷应用、高转速磨床加工、新型纺织等。与此同时,高速电机的这些特点使其相对于传统电机而言,在研究设计方面存在着一些传统电机没有的技术上的难点,因此本文对一台150k W、20000r/min的高速永磁同步电机进行研究分析,主要对电机的三个技术方面进行研究,分别为电机的电磁设计方面、损耗计算方面、温度计算方面。主要的研究内容可分为以下三个部分。首先,根据高速电机的特点来完成其定转子结构的选取与设计同时完成其主要尺寸参数的计算,通过对电机的定子铁心结构、绕组分布、铁心材料、转子极数、转子外径和长度、永磁材料等各个部分进行分析,并结合有限元分析软件对高速永磁电机进行电磁设计,进而使电机的各部分参数尺寸和材料得以确定,之后通过建立二维场的有限元仿真模型对所研究的电机进行特性仿真分析,得到电机相应的特...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
永磁同步电机定子和转子Fig.1.1Statorandrotorofpermanentmagnetsynchronousmotor
沈阳工业大学硕士学位论文4图1.2高速永磁电机样机与定子图Fig.1.2Prototypeandstatordiagramofhighspeedpermanentmagnetmotor图1.3高速电机机壳与护套转子Fig.1.3Caseandsheathrotorofhighspeedmotor1.2.2电机损耗计算的国内外研究现状高速电机的损耗研究工作主要是定子损耗和转子损耗两个方面的研究。文献[30]中，H.Cho等人研制了一台高速永磁电机，该电机工作于电动状态时其功率为11kW，转速为32000r/min。工作于发电状态时其功率为55kW，转速为64000r/min。令所研制的电机在两种运行模式下工作进行其转子损耗测试。实验测试得到结论：因电机处于发电状态时其高转速及非正弦电流引起的气隙磁场畸变较大，所以作为发电机工作时的电机转子损耗高于作为电动机工作时的对应损耗。所研制的样机如图1.4所示。图1.4高速永磁电机样机Fig.1.4Prototypeofhighspeedpermanentmagnetmotor文献[31]中，定子铁心应用的是无槽结构，转子是永磁体外置结构，因在高频交变磁场中复合粉末材料的各向同性和低损耗的优良特性，定子铁心的材料选取的是上面的复合粉末，而转子永磁材料则取的是钕铁硼。文献[32]设计了一台应用在汽车的涡轮增压器方面的高速永磁无刷电机，其具体功率为2.3kW，转速达150000r/min，同时对
沈阳工业大学硕士学位论文4图1.2高速永磁电机样机与定子图Fig.1.2Prototypeandstatordiagramofhighspeedpermanentmagnetmotor图1.3高速电机机壳与护套转子Fig.1.3Caseandsheathrotorofhighspeedmotor1.2.2电机损耗计算的国内外研究现状高速电机的损耗研究工作主要是定子损耗和转子损耗两个方面的研究。文献[30]中，H.Cho等人研制了一台高速永磁电机，该电机工作于电动状态时其功率为11kW，转速为32000r/min。工作于发电状态时其功率为55kW，转速为64000r/min。令所研制的电机在两种运行模式下工作进行其转子损耗测试。实验测试得到结论：因电机处于发电状态时其高转速及非正弦电流引起的气隙磁场畸变较大，所以作为发电机工作时的电机转子损耗高于作为电动机工作时的对应损耗。所研制的样机如图1.4所示。图1.4高速永磁电机样机Fig.1.4Prototypeofhighspeedpermanentmagnetmotor文献[31]中，定子铁心应用的是无槽结构，转子是永磁体外置结构，因在高频交变磁场中复合粉末材料的各向同性和低损耗的优良特性，定子铁心的材料选取的是上面的复合粉末，而转子永磁材料则取的是钕铁硼。文献[32]设计了一台应用在汽车的涡轮增压器方面的高速永磁无刷电机，其具体功率为2.3kW，转速达150000r/min，同时对
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多场量的笼型感应电机三维瞬态磁热固耦合计算分析[J]. 谢颖,王泽,单雪婷,李洋洋. 中国电机工程学报. 2016(11)
[2]高速电机发展与设计综述[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,刘光伟. 电工技术学报. 2016(07)
[3]永磁轮毂电机三维磁热耦合分析[J]. 王晓远,高鹏. 微电机. 2015(04)
[4]高功率密度永磁同步电机永磁体涡流损耗分布规律及其影响[J]. 陈萍,唐任远,佟文明,贾建国,段庆亮. 电工技术学报. 2015(06)
[5]异步电机三维电磁场及温度场耦合仿真分析[J]. 陈华毅,杨明发. 电机与控制应用. 2015(01)
[6]高速电主轴机-电-热-磁耦合模型及其动态性能分析[J]. 张丽秀,阎铭,吴玉厚. 组合机床与自动化加工技术. 2014(11)
[7]高速永磁电机设计与分析技术综述[J]. 董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云. 中国电机工程学报. 2014(27)
[8]高能量密度电机水冷系统设计与选用[J]. 钱洪. 电机与控制应用. 2013(01)
[9]混合动力汽车牵引电机永磁体温度建模[J]. 丁晓峰,刘景林,Chris Mi. 电机与控制学报. 2012(10)
[10]高速永磁发电机冷却流道结构双维度连续量子蚁群优化的温度场计算[J]. 殷巧玉,李伟力,张晓晨. 中国电机工程学报. 2011(36)
博士论文
[1]兆瓦级高速永磁电机关键问题研究[D]. 杜光辉.沈阳工业大学 2015
[2]高速永磁电机定子损耗和温升研究[D]. 孔晓光.沈阳工业大学 2011
[3]高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D]. 江善林.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]双定子无刷双馈风力发电机冷却系统设计及温度场计算[D]. 王一.沈阳工业大学 2019
[2]永磁同步电机温度场分析及冷却系统研究[D]. 魏雪环.湘潭大学 2017
[3]100kW、50000r/min高速永磁同步电机的设计与分析[D]. 郝叶.沈阳工业大学 2017
[4]橡胶精炼机外转子永磁直驱电动辊的设计与研究[D]. 孙荻.沈阳工业大学 2014
[5]兆瓦级高速永磁电机冷却系统设计与传热特性分析[D]. 宋姝临.沈阳工业大学 2014
[6]基于场路结合高速永磁电机电磁设计与特性分析方法的研究[D]. 张颖博.沈阳工业大学 2010
[7]基于FLUENT的静压轴承流场及温度场研究[D]. 张艳芹.哈尔滨理工大学 2007
本文编号：3243174
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
永磁同步电机定子和转子Fig.1.1Statorandrotorofpermanentmagnetsynchronousmotor
沈阳工业大学硕士学位论文4图1.2高速永磁电机样机与定子图Fig.1.2Prototypeandstatordiagramofhighspeedpermanentmagnetmotor图1.3高速电机机壳与护套转子Fig.1.3Caseandsheathrotorofhighspeedmotor1.2.2电机损耗计算的国内外研究现状高速电机的损耗研究工作主要是定子损耗和转子损耗两个方面的研究。文献[30]中，H.Cho等人研制了一台高速永磁电机，该电机工作于电动状态时其功率为11kW，转速为32000r/min。工作于发电状态时其功率为55kW，转速为64000r/min。令所研制的电机在两种运行模式下工作进行其转子损耗测试。实验测试得到结论：因电机处于发电状态时其高转速及非正弦电流引起的气隙磁场畸变较大，所以作为发电机工作时的电机转子损耗高于作为电动机工作时的对应损耗。所研制的样机如图1.4所示。图1.4高速永磁电机样机Fig.1.4Prototypeofhighspeedpermanentmagnetmotor文献[31]中，定子铁心应用的是无槽结构，转子是永磁体外置结构，因在高频交变磁场中复合粉末材料的各向同性和低损耗的优良特性，定子铁心的材料选取的是上面的复合粉末，而转子永磁材料则取的是钕铁硼。文献[32]设计了一台应用在汽车的涡轮增压器方面的高速永磁无刷电机，其具体功率为2.3kW，转速达150000r/min，同时对
沈阳工业大学硕士学位论文4图1.2高速永磁电机样机与定子图Fig.1.2Prototypeandstatordiagramofhighspeedpermanentmagnetmotor图1.3高速电机机壳与护套转子Fig.1.3Caseandsheathrotorofhighspeedmotor1.2.2电机损耗计算的国内外研究现状高速电机的损耗研究工作主要是定子损耗和转子损耗两个方面的研究。文献[30]中，H.Cho等人研制了一台高速永磁电机，该电机工作于电动状态时其功率为11kW，转速为32000r/min。工作于发电状态时其功率为55kW，转速为64000r/min。令所研制的电机在两种运行模式下工作进行其转子损耗测试。实验测试得到结论：因电机处于发电状态时其高转速及非正弦电流引起的气隙磁场畸变较大，所以作为发电机工作时的电机转子损耗高于作为电动机工作时的对应损耗。所研制的样机如图1.4所示。图1.4高速永磁电机样机Fig.1.4Prototypeofhighspeedpermanentmagnetmotor文献[31]中，定子铁心应用的是无槽结构，转子是永磁体外置结构，因在高频交变磁场中复合粉末材料的各向同性和低损耗的优良特性，定子铁心的材料选取的是上面的复合粉末，而转子永磁材料则取的是钕铁硼。文献[32]设计了一台应用在汽车的涡轮增压器方面的高速永磁无刷电机，其具体功率为2.3kW，转速达150000r/min，同时对
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多场量的笼型感应电机三维瞬态磁热固耦合计算分析[J]. 谢颖,王泽,单雪婷,李洋洋. 中国电机工程学报. 2016(11)
[2]高速电机发展与设计综述[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,刘光伟. 电工技术学报. 2016(07)
[3]永磁轮毂电机三维磁热耦合分析[J]. 王晓远,高鹏. 微电机. 2015(04)
[4]高功率密度永磁同步电机永磁体涡流损耗分布规律及其影响[J]. 陈萍,唐任远,佟文明,贾建国,段庆亮. 电工技术学报. 2015(06)
[5]异步电机三维电磁场及温度场耦合仿真分析[J]. 陈华毅,杨明发. 电机与控制应用. 2015(01)
[6]高速电主轴机-电-热-磁耦合模型及其动态性能分析[J]. 张丽秀,阎铭,吴玉厚. 组合机床与自动化加工技术. 2014(11)
[7]高速永磁电机设计与分析技术综述[J]. 董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云. 中国电机工程学报. 2014(27)
[8]高能量密度电机水冷系统设计与选用[J]. 钱洪. 电机与控制应用. 2013(01)
[9]混合动力汽车牵引电机永磁体温度建模[J]. 丁晓峰,刘景林,Chris Mi. 电机与控制学报. 2012(10)
[10]高速永磁发电机冷却流道结构双维度连续量子蚁群优化的温度场计算[J]. 殷巧玉,李伟力,张晓晨. 中国电机工程学报. 2011(36)
博士论文
[1]兆瓦级高速永磁电机关键问题研究[D]. 杜光辉.沈阳工业大学 2015
[2]高速永磁电机定子损耗和温升研究[D]. 孔晓光.沈阳工业大学 2011
[3]高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D]. 江善林.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]双定子无刷双馈风力发电机冷却系统设计及温度场计算[D]. 王一.沈阳工业大学 2019
[2]永磁同步电机温度场分析及冷却系统研究[D]. 魏雪环.湘潭大学 2017
[3]100kW、50000r/min高速永磁同步电机的设计与分析[D]. 郝叶.沈阳工业大学 2017
[4]橡胶精炼机外转子永磁直驱电动辊的设计与研究[D]. 孙荻.沈阳工业大学 2014
[5]兆瓦级高速永磁电机冷却系统设计与传热特性分析[D]. 宋姝临.沈阳工业大学 2014
[6]基于场路结合高速永磁电机电磁设计与特性分析方法的研究[D]. 张颖博.沈阳工业大学 2010
[7]基于FLUENT的静压轴承流场及温度场研究[D]. 张艳芹.哈尔滨理工大学 2007
本文编号：3243174
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