高速外永磁转子爪极电机机械特性分析与温升计算

发布时间：2017-08-12 04:24

  本文关键词：高速外永磁转子爪极电机机械特性分析与温升计算

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【摘要】：一种新型的高速电机在高速压缩机与风机等飞轮储能系统、高速机床主轴电机等领域具有广阔的应用前景。高速外永磁转子爪极电机具有体积小、效率和功率密度高、一体化程度高等卓越优点,已成为国际高端装备制造领域研究热点之一。目前国内外大多数高速永磁电机常采用内转子结构,为保护永磁体以承受巨大的离心力,需要加装保护套等装置,而使电机等效气隙增加、永磁体用量增加、气隙磁密降低,本文研究的外永磁转子结构高速电机则可避免这些问题。本论文针对高速外永磁转子爪极电机高速运行时的机械强度与动力学特性进行计算分析,并设计了永磁体的保护方法;对于高功率密度电机温升较高的问题,本文设计两种冷却系统方案并进行冷却效果的对比。主要研究内容包括:(1)在充分研究高速外永磁转子爪极电机的结构特点和运行原理的基础上,对爪极电机的主要尺寸进行设计。利用适合于高速高频工况及三维复杂结构的软磁复合材料特性来考虑电机定子磁密的非线性。利用三维电磁有限元计算软件,分析此电机的静态和瞬态场性能,为该类电机电磁设计与性能分析提供了可靠依据。(2)建立基于有限元方法的高速外永磁转子爪极电机强度计算模型,并利用有限元方法对外永磁转子轭部和永磁体进行应力场分布的计算,并研究转子结构尺寸对转子应力分布的影响及削弱永磁体拉应力的方法;后续建立了转子动力学计算模型,采用有限元方法计算外永磁转子的临界转速与模态振型,分析本文电机的安全运行速度范围,确保电机可长时间可靠运行。(3)在得到高速外永磁转子爪极电机各部分损耗的基础上,本文建立了流体场温度计算模型,对电机的温升分布进行计算。针对高速永磁电机功率密度和损耗密度大、散热困难的问题,本文提出了轴内冷却系统和定子间冷却系统,并利用二相流方法分别对两种冷却系统的冷却效果进行计算,并分析了水路横截面积与流体流速对电机各部分温升的影响规律。
【关键词】：高速外永磁转子电机 强度分析 冷却系统设计 温升计算
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外爪极电机的研究现状10-12
• 1.3 高速电机机械及温度场分析研究现状12-16
• 1.3.1 高速电机机械特性研究现状12-14
• 1.3.2 高速电机温度场分析研究现状14-16
• 1.4 课题的主要工作内容16-18
• 第2章 轴向分段式外永磁转子爪极电机的设计与三维磁场分析18-25
• 2.1 爪极电机的运行原理18-20
• 2.1.1 爪极电机结构特点18-19
• 2.1.2 软磁复合材料特性19-20
• 2.1.3 爪极电机工作原理20
• 2.2 爪极电机设计20-22
• 2.2.1 爪极电机设计方法20-21
• 2.2.2 爪极电机定子设计21-22
• 2.2.3 爪极电机转子设计22
• 2.3 爪极电机三维磁场分析22-24
• 2.3.1 静态场分析22-24
• 2.3.2 瞬态场分析24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 外永磁转子高速电机的强度计算与动力学分析25-38
• 3.1 外永磁转子强度计算25-34
• 3.1.1 转子强度解析计算模型25-27
• 3.1.2 转子强度有限元计算模型27
• 3.1.3 解析计算与有限元验证27-30
• 3.1.4 转子结构尺寸对强度的影响30-31
• 3.1.5 转子强度削弱方法的研究31-34
• 3.2 转子动力学分析34-37
• 3.2.1 转子系统动力学理论分析34-35
• 3.2.2 转子临界转速与模态振型有限元分析35-36
• 3.2.3 陀螺效应对临界转速的影响36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 轴向分段式外永磁转子高速爪极电机的温升计算与冷却性能分析38-54
• 4.1 电机内部传热的基本理论38-41
• 4.2 冷却系统的概述41-42
• 4.3 冷却系统的设计42-45
• 4.3.1 轴内冷却系统的设计43-44
• 4.3.2 定子冷却系统的设计44-45
• 4.4 不同冷却方案的有限元模型和边界条件45-47
• 4.5 高速爪极电机的温升计算与冷却性能分析47-53
• 4.5.1 温升计算模型的建立与前处理47-49
• 4.5.2 轴内冷却系统的温升计算与冷却性能分析49-50
• 4.5.3 定子间冷却系统的温升计算与冷却性能分析50-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 结论54-55
• 参考文献55-58
• 在学研究成果58-59
• 致谢59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：659758