全电飞机驱动电机轻量化设计与仿真研究

发布时间：2017-03-25 09:08

  本文关键词：全电飞机驱动电机轻量化设计与仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全电飞机因次级能源被电能所取代而使得其具有零排放、零燃油的特点,加之其更加高效、可靠性更高等优点在近些年引起了许多国家的广泛关注。驱动电机作为全电飞机最为关键的动力源,其性能直接影响全电飞机的性能及可靠性。对全电飞机而言,基于有效载重的要求,需要设计出高功率密度且高效的驱动电机。飞机驱动电机的工作环境与工况条件特殊,对电机的可靠性提出了更高的要求。由于飞机的载荷条件复杂,电机的载荷水平较常规电机高,在保证电机可靠性的前提下,如何对驱动电机进行结构优化,尽最大限度减轻电机重量,以提高飞机的飞行性能及有效载重也是需要关注的问题。因此,研究全电飞机用驱动电机的轻量化设计方法对全电飞机的推广具有一定意义。为了对驱动电机的总体方案进行选择,主要考虑到提高电机功率密度及考虑到工作环境的特殊性以保证电机可靠性等方面,研究了全电飞机用驱动电机的特殊工作环境及载荷条件,分析了电机的性能需求,在可适当提高成本的条件下,分析了电机的材料选择方案。研究表明,为提高电机功率密度及可靠性,2024及1J22材料为基于本文的工况条件下的结构材料,且多相分数槽集中绕组永磁电机为本文的目标设计电机。对驱动电机进行了电磁参数设计与优化,主要考虑到保证电机的功率密度,推导了电机主要结构参数的计算表达式,建立了电机ANSOFT仿真模型。研究了影响电机功率密度的结构参数,优化了电机的功率密度。研究表明,电机在各工作点均满足电磁指标要求,经电磁优化后的电机重量减轻了3.3%,额定点电机功率密度提高了3.1%,电机电磁部分的功率密度最高可达4.79k W/kg。对驱动电机进行了结构设计与优化,考虑到轻量化设计与可靠性之间的矛盾,在保证电机可靠性要求的前提下,根据载荷分析,研究了结构轻量化的优化方法。采用力学软件ABAQUS对驱动电机关键零部件及整体结构进行了应力场仿真。最终在应力场中设定目标函数,优化关键零部件的结构,并对优化后的驱动电机整体结构进行了强度校核。研究表明,基于载荷工况,对零部件进行关键位置减重是适合于本文的结构轻量化方法。优化之后的驱动电机整体结构减轻了9.3%,可承受3倍机械过载,电机整体的功率密度最高可达3.08k W/kg。
【关键词】：全电飞机 永磁同步电机 高功率密度 轻量化设计
【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】：V228
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状分析10-17
• 1.2.1 全电飞机研究现状10-13
• 1.2.2 飞机高功率密度驱动电机研究现状13-16
• 1.2.3 电机轻量化结构设计研究现状16-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 全电飞机驱动电机的需求分析与总体设计19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 全电飞机驱动电机工作条件及影响分析19-20
• 2.3 全电飞机驱动电机工况载荷及性能需求分析20-24
• 2.4 全电飞机驱动电机的材料选择24-27
• 2.5 全电飞机驱动电机的电磁方案确定27-33
• 2.5.1 电机相数的确定27-29
• 2.5.2 对称正弦激励下多相绕组的磁动势29-32
• 2.5.3 电机极槽配合32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 全电飞机驱动电机电磁设计与优化34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 全电飞机驱动电机的设计34-44
• 3.2.1 五相永磁电机的电磁关系34-36
• 3.2.2 驱动电机主要参数的确定36-39
• 3.2.3 电机额定点仿真分析39-42
• 3.2.4 电机峰值点仿真分析42-44
• 3.3 电机功率密度的影响因素分析44-45
• 3.4 全电飞机驱动电机的电磁优化设计45-48
• 3.4.1 永磁体参数及气隙长度对功率密度的影响46
• 3.4.2 其他结构参数对功率密度的影响46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 全电飞机驱动电机结构设计与轻量化研究49-65
• 4.1 引言49
• 4.2 驱动电机的结构设计49-53
• 4.2.1 有限元方法的基本原理49-51
• 4.2.2 驱动电机结构轻量化设计与有限元模型建立51-53
• 4.3 关键零部件结构优化与分析53-61
• 4.3.1 驱动电机轻量化优化设计的数学模型53-54
• 4.3.2 定子结构有限元优化54-56
• 4.3.3 心轴结构有限元优化56-58
• 4.3.4 机壳结构有限元优化58-59
• 4.3.5 前后端盖结构有限元优化59-61
• 4.4 驱动电机整体结构强度计算与分析61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果71-73
• 致谢73

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 刘文明;;发展多电/全电飞机的关键技术分析[A];航空安全与装备维修技术——航空安全与装备维修技术学术研讨会论文集[C];2014年

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本文编号：266967