太阳能无人机用高效率高转矩密度永磁同步电机的研究

发布时间：2021-02-21 06:32

　　随着太阳能无人机高空长续航作业能力的不断提升,推进系统也逐渐向着轻量化和高效化发展,即要求推进系统用电机兼具高效率和高转矩密度的特点。本文以高效率高转矩密度永磁同步电机为研究对象,对其电磁及热特性开展研究。建立永磁同步电机参数化模型,基于模型分析电机主要尺寸对电机转矩和效率的影响规律;基于有限元分析,探究电机结构参数对电机转矩和损耗等性能的影响;采用绕组插有热管的电机散热方式,对电机热特性进行优化,并分析热管散热对电机转矩密度和效率的影响;制作实验样机,对样机开展电磁和热特性实验验证,并分析实验结果与设计值之间误差的原因。首先,以电机的“径长比”和“反裂比”两个主要尺寸参数为基础,构建了电机的参数化模型;基于该模型分析转矩、效率、质量和热负荷随电机主要尺寸参数的变化规律;探究质量和热负荷边界条件下电机主要尺寸参数的选取范围以及转矩和效率的变化规律;分析不同热负荷边界条件对电机转矩和效率的影响;根据分析结果,初步确定电机主要尺寸。其次,在确定电机主要尺寸的基础上,基于有限元分析,研究电机结构参数对转矩和损耗的影响,主要包括极槽配合对电机转矩、效率、质量和热负荷的影响分析;槽口尺寸（槽口宽... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的背景与意义
    1.2 太阳能无人机及其推进系统用电机研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 高效率高转矩密度永磁同步电机研究方向现状
        1.3.1 损耗计算
        1.3.2 温升计算和绕组散热优化
        1.3.3 结构参数优化和新材料应用
    1.4 本论文主要研究内容
第2章 基于参数化模型的电机电磁特性分析
    2.1 引言
    2.2 永磁同步电机参数化模型
        2.2.1 永磁同步电机主要尺寸参数
        2.2.2 永磁同步电机转矩参数化模型
        2.2.3 永磁同步电机效率参数化模型
        2.2.4 永磁同步电机质量和热负荷参数化模型
    2.3 基于参数化模型的电机转矩和效率变化规律分析
        2.3.1 电机转矩和效率随主要尺寸变化规律分析
        2.3.2 边界条件下电机转矩和效率变化规律分析
        2.3.3 热负荷对电机转矩和效率影响分析
    2.4 本章小结
第3章 电机结构参数对转矩和损耗影响分析
    3.1 引言
    3.2 极槽配合对电机转矩和损耗影响分析
    3.3 槽口尺寸对电机转矩和损耗影响分析
    3.4 磁极结构和尺寸对电机转矩和损耗影响分析
        3.4.1 普通SPM极弧系数对转矩和损耗影响分析
        3.4.2 Halbach阵列磁极的气隙磁密分布
        3.4.3 Halbach阵列磁极角度比对转矩和损耗影响分析
    3.5 本章小结
第4章 热管散热的电机热特性分析
    4.1 引言
    4.2 永磁同步电机定子热网络模型
        4.2.1 热源和热容计算
        4.2.2 热阻分类和计算
        4.2.3 热平衡方程组求解
    4.3 烧结性热管热特性实验与模型
        4.3.1 烧结性热管热特性实验与分析
        4.3.2 烧结性热管散热系统热模型
    4.4 热管散热对电机电磁及热特性影响分析
        4.4.1 热管散热对绕组温升和铜耗影响分析
        4.4.2 热管位置对绕组温升和铜耗影响分析
        4.4.3 热管散热对电机转矩和效率影响分析
    4.5 基于热管散热的电机热有限元分析验证
    4.6 本章小结
第5章 高效率高转矩密度永磁同步电机实验分析
    5.1 引言
    5.2 电机基本参数和负载实验平台
    5.3 电机空载损耗测量与分析
    5.4 电机线反电势常数和电磁转矩常数测量与分析
    5.5 电机效率测量与分析
    5.6 电机温升测量与分析
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于齿槽效应的高速永磁电机转子涡流损耗解析计算[J]. 孙权贵,邓智泉,张忠明.  电工技术学报. 2018(09)
[2]非晶合金永磁电机负载损耗及效率特性分析[J]. 朱龙飞,朱建国,佟文明,韩雪岩.  电机与控制学报. 2017(07)
[3]非晶合金铁心叠片导热系数测试与电机热分析[J]. 佟文明,孙静阳,程雪斌,王世伟,赵刚.  电工技术学报. 2017(15)
[4]临近空间超长航时太阳能无人机发展及关键技术[J]. 陶于金.  航空制造技术. 2016(18)
[5]高功率密度电机三维温度场计算及导热优化研究[J]. 李立毅,张江鹏,闫海媛,于吉坤.  中国电机工程学报. 2016(13)
[6]考虑涡流反作用的永磁体涡流损耗解析计算[J]. 唐任远,陈萍,佟文明,韩雪岩.  电工技术学报. 2015(24)
[7]开关磁阻电机铁心损耗分析[J]. 董传友,李勇,丁树业,邓艳秋,崔广慧.  电机与控制学报. 2015(07)
[8]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)
[9]基于等效热网络法的定频双转子永磁风力发电机的热分析[J]. 张建忠,姜永将.  电工技术学报. 2015(02)
[10]高效永磁同步驱动系统在太阳能动力飞机中的应用[J]. 王真,戴亮,王思远,于淼,张东宁.  微特电机. 2014(03)

博士论文
[1]短时高过载无槽圆筒型永磁直线电机电磁及温升特性研究[D]. 黄旭珍.哈尔滨工业大学 2012
[2]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]高功率密度永磁电机的损耗及温升特性的研究[D]. 黄旭珍.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：3043980