基于SMC的混合磁路永磁同步电机的基础问题研究

发布时间：2017-09-21 09:25

  本文关键词：基于SMC的混合磁路永磁同步电机的基础问题研究

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【摘要】：随着航空航天、深海探测和汽车工业的发展,高转矩密度电机逐渐成为现代永磁电机的研究热点。目前通常采用增加电机极对数来提高电机的转矩密度,电机极对数的增加会导致电机的铁损快速增加,进而导致电机总损耗的增加。软磁复合材料具有低损耗、各向同性等优点,为制造具有复杂磁路的永磁电机提供了可能。本文提出一种利用软磁复合材料并结合轴向磁通与径向磁通的永磁同步电机,介绍了此电机的结构、说明了其运行原理、并对设计原则与步骤进行了详细的分析。对混合磁路永磁电机进行了有限元计算,并着重分析了电机空载、负载状态,同时验证了本文设计方案的可行性。随后分析了不同气隙长度、不同槽宽、不同槽深、不同长径比对电机空载空载反电势的影响。结果显示,由于混合磁路永磁电机槽口较大,增大电机的槽深、槽宽都会使电机空载反电势中的三次谐波增大。但若槽深、槽宽较小,混合磁路永磁电机的电密度将会很大,导致电机绕组的温升较高,同时槽漏抗也会大大增加;只有增大电机气隙厚度,电机反电势中的三次谐波才会减小。为了突出混合磁路电机在提升转矩密度方面的优势,本文设计了一个与混合磁路电机相同体积的圆筒形永磁电机作为对比电机。通过对比可以看出,在体积相同、电负荷相同、较大磁负荷的情况下,混合磁路永磁电机输出的转矩要比传统的圆筒形永磁电机大很多。针对混合永磁电机的定子损耗、转子涡流损耗、永磁体涡流损耗以及铜耗进行了计算,额定状态下混合磁路永磁电机的效率为88.6%。分析了、负载电流大小、电流超前相位、滞后相位、气隙厚度、槽宽、槽深的改变对电机损耗的影响。结果显示改变气隙厚度对电机损耗改变最为明显。然后对比分析了转子分别采用10号钢和SMC时对转子涡流的影响,有限元计算结果显示,采用SMC作为转子的材料可以大幅度降低转子的涡流损耗,同时对电机其他性能几乎没有影响。最后,对混合磁路永磁电机的温升进行了有限元计算,虽然SMC导热性能较普通硅钢片差很多,但是由于SMC材料具有各向同性的特性,散热更均匀,达到稳态时电机各个部分温度均不高,因此混合磁路永磁电机不需要外部强制冷却。
【关键词】：SMC 混合磁路 参数优化 损耗 温升
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 软磁复合材料9-10
• 1.2 研究现状10-15
• 1.2.1 轴向磁场电机10-12
• 1.2.2 横向磁场电机12-13
• 1.2.3 爪极电机13-14
• 1.2.4 垂直电机14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 第2章 基于SMC混合磁路永磁同步电机的设计方法16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 混合磁路永磁电机的工作原理16-18
• 2.3 混合磁路电机电磁设计的有关分析18-20
• 2.3.1 混合磁路电机的设计原则18-19
• 2.3.2 电磁设计主要步骤19-20
• 2.4 重要参数及结构的确定20-24
• 2.4.1 环形开槽对气隙磁密影响的等效20-21
• 2.4.2 永磁体厚度与极槽配合的选择21-22
• 2.4.3 定子绕组的选择22-23
• 2.4.4 转子磁路结构的选择23-24
• 2.5 小结24-25
• 第3章 混合磁路永磁电机的有限元计算25-42
• 3.1 引言25
• 3.2 空载分析25-30
• 3.2.1 定子铁心磁密分析25-27
• 3.2.2 气隙磁密27-28
• 3.2.3 空载反电势28-30
• 3.3 负载分析30-33
• 3.4 结构参数对混合磁路电机的影响33-36
• 3.4.1 槽口宽度的影响33-34
• 3.4.2 槽深的影响34-35
• 3.4.3 气隙厚度的影响35-36
• 3.5 长径比对混合磁路永磁电机的影响36-39
• 3.6 与传统圆筒形永磁电机的对比39-41
• 3.7 小结41-42
• 第4章 混合磁路永磁电机的损耗计算42-59
• 4.1 引言42
• 4.2 电机损耗分析42-45
• 4.2.1 定子铁耗分析42-44
• 4.2.2 永磁体涡流损耗分析44
• 4.2.3 转子涡流损耗分析44-45
• 4.2.4 绕组铜耗45
• 4.3 损耗计算的原理45-47
• 4.4 电机损耗的有限元计算47-50
• 4.4.1 电机空载损耗的计算47-48
• 4.4.2 电机额定负载时的损耗计算48-50
• 4.5 电机损耗影响因素的探究50-58
• 4.5.1 负载电流对电机损耗的影响50-51
• 4.5.2 内功率因数角对电机负载时损耗的影响51-53
• 4.5.3 气隙长度对混合磁路永磁电机损耗的影响53-55
• 4.5.4 槽宽对混合磁路永磁电机损耗的影响55-56
• 4.5.5 槽深对混合磁路永磁电机损耗的影响56-57
• 4.5.6 转子采用不同材料时损耗的对比57-58
• 4.6 小结58-59
• 第5章 混合磁路永磁同步电机的温升计算59-65
• 5.1 引言59
• 5.2 电机尺寸参数的最终确定59
• 5.3 材料传热系数以及表面散热系数的确定59-61
• 5.3.1 传热系数的确定59-60
• 5.3.2 表面散热系数的确定60
• 5.3.3 热源60-61
• 5.4 混合磁路永磁电机暂态温升计算与分析61-64
• 5.5 小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果70-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈萍;唐任远;佟文明;贾建国;段庆亮;;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];电工技术学报;2015年06期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 江善林;高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 孔晓光;高速永磁电机定子损耗和温升研究[D];沈阳工业大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李晶;盘式电机电磁场分析[D];北京交通大学;2011年

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本文编号：893686