电动直升机主旋翼直驱永磁电机电磁-热耦合特性研究

发布时间：2023-03-12 07:51

　　相比于传统直升机,电动直升机具有污染排放少、运行噪声小,运行效率高等优点,在未来的城市运输和交通中具有良好的应用前景。永磁同步电机具有高效率,高功率密度等优点,目前被广泛应用于电动汽车与飞机的驱动系统。直驱永磁电机受到了广泛关注,直驱的驱动形式可省去变速箱结构,降低驱动系统的复杂程度和维护成本,提高系统的运行可靠性与稳定性。本文设计了一台用于直接驱动电动直升机主旋翼的永磁电机并对其电磁与温度场特性进行了相关分析研究。本文根据电动直升机的运行特点与设计指标确定了电机的设计要求,提出两种直驱永磁电机设计方案并对两类电机的结构特点进行了介绍说明,利用差分进化算法与有限元分析设计了一定数量的候选电机。对两类电机气隙磁密的特性进行了分析,利用有限元软件对两类电机的损耗、效率、转矩脉动和有效质量等特性进行了分析和对比,确定了最终的电机设计方案并作了进一步的电磁分析。制作了样机并搭建了实验平台,通过实验验证了电机设计与分析的正确性。对电机运行时的各主要损耗进行了分析计算,建立了样机的有限元温度场计算模型,对电机中一些复杂部件进行了等效建模,通过经验公式对重要对流换热系数进行了估算;利用实验设计的思想...

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
注释表
    一、缩略词
    二、基本符号与名称
第一章 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 电动直升机研究现状
    1.3 电动飞机驱动电机研究现状
    1.4 高转矩密度直驱永磁电机研究现状
    1.5 电机电磁-热耦合分析研究现状
        1.5.1 电机电磁场计算方法
        1.5.2 电机温度场计算方法
        1.5.3 电机电磁-热耦合分析方法研究现状
    1.6 本文主要研究内容
第二章 电动直升机主旋翼直驱永磁电机运行特性研究
    2.1 电动直升机主旋翼驱动电机设计与方法
        2.1.1 驱动电机设计要求
        2.1.2 差分进化算法简介
        2.1.3 基于差分进化算法的电机优化设计
    2.2 分数槽集中绕组表贴式永磁同步电机
        2.2.1 电机结构分析
        2.2.2 电机绕组磁动势分析
        2.2.3 电机气隙磁密分析
    2.3 定子分段式表贴式永磁同步电机
        2.3.1 电机结构分析
        2.3.2 电机运行特性分析
        2.3.3 集成模块化电机运行分析
    2.4 电机矢量控制策略
    2.5 候选电机特性对比分析
        2.5.1 候选电机运行特性对比分析
        2.5.2 候选电机有效质量对比
    2.6 电机设计方案与实验
        2.6.1 电机方案与电磁特性
        2.6.2 实验验证
    2.7 本章小结
第三章 电动直升机主旋翼直驱永磁电机电磁-热耦合分析
    3.1 电机损耗与热源
        3.1.1 铜损耗
        3.1.2 铁芯损耗
        3.1.3 永磁体损耗
        3.1.4 生热率计算
    3.2 电机中的热传递与温度场参数
        3.2.1 传热学基本原理
        3.2.2 稳态温度场边界条件
        3.2.3 电机铁芯等效模型
        3.2.4 定子绕组等效模型
        3.2.5 对流换热系数计算
        3.2.6 气隙等效模型
        3.2.7 电机稳态温度场模型
    3.3 温度场参数分析与校正
        3.3.1 实验设计(DOE)简介
        3.3.2 敏感性分析
        3.3.3 稳态温度场实验与参数校正
    3.4 本章小结
第四章 基于电磁-热耦合计算的电机最大输出功率分析
    4.1 损耗随输出功率变化分析
    4.2 温度限制下的电机最大输出功率研究
        4.2.1 温度限制下的电机最大输出功率
        4.2.2 改变散热情况对最大输出功率的影响
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 后续工作展望
参考文献
致谢
在学期间研究成果及学术论文



本文编号：3761257