飞轮储能用高速永磁同步电机磁钢涡流损耗研究

摘要

飞轮储能用高速永磁同步电机高速高频的特点使得其气隙磁场低次谐波的频率也较高，再加上内置式磁钢散热差，钕铁硼磁钢电导率高，高温易失磁，因此其涡流问题较为突出。本文针对飞轮储能用高速内置式永磁同步电机磁钢涡流损耗问题进行了全面深入的研究。
　　一、分析了高速永磁同步电机的设计特点，根据其特点选择了合理的电机参数。同时从电磁场基本理论出发，建立了高速永磁同步电机的二维有限元模型。
　　二、在电机额定运行状态下，采用气隙磁位分布函数作为虚拟边界取代定子磁场，在二维瞬态场下建立一个计及了磁路饱和与齿槽效应的永磁同步电机磁钢涡流损耗的二维有限元计算模型。该模型可对内置式钕铁硼永磁同步电机各次谐波磁场引起的磁钢涡流损耗进行分析计算。
　　三、利用所建磁钢涡流损耗计算模型，分别对不计饱和与计及饱和两种情况的磁钢涡流损耗进行计算对比。
　　四、分析了齿槽效应引起的齿谐波、定子绕组引起的空间谐波和定子电流非正弦引起的时间谐波的原理和特点，同时对它们产生的磁钢涡流损耗分布规律分别进行了分析计算。
　　五、针对飞轮储能用高速电机的运行特点，对不同转速和不同转矩等工况下的高速电机磁钢涡流损耗进行分析。同时分析了槽口宽度和磁钢轴向分块对磁钢涡流损耗的影响，并对减小磁钢涡流损耗提出了一些解决思路。
　　研究结果表明：磁路饱和会对磁钢涡流损耗计算造成较大的影响，主要原因是磁桥附近磁路的高度饱和改变了磁钢附近区域的磁场分布；对于内置式整数槽永磁同步电机，具有一阶齿谐波特征次数的谐波磁场是磁钢涡流损耗的主因；减小槽开口，以及将磁钢分块能有效减小本文电机的磁钢涡流损耗。
　　本文利用可单独计算各类各次谐波磁场引起的涡流损耗的有限元模型，得出了内置式高速永磁同步电机磁钢涡流损耗分布规律及其他一些相关结论，为优化飞轮储能用高速永磁同步电机的设计提供了参考依据。

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1 绪 论

1.1课题背景

1.2选题意义

1.3永磁电机磁钢涡流损耗研究现状

1.4本文的主要研究内容和结构安排

2 高速永磁电机的电磁场模型

2.1引言

2.2高速永磁同步电机的设计

2.2二维电磁场原理

2.3 电机电磁场有限元模型

2.4本章小结

3 损耗计算模型建立及磁饱和对涡流的影响

3.1引言

3.2磁钢涡流损耗计算模型

3.3磁饱和对磁钢涡流损耗的影响

3.4本章小结

4 谐波损耗分析

4.1引言

4.2各类谐波磁场分析

4.3各类谐波损耗分析

4.4额定点涡流损耗分析

4.5本章小结

5 不同工况下涡流损耗分析及减小损耗的措施

5.1引言

5.2不同转速下的磁钢涡流损耗

5.3不同转矩下的磁钢涡流损耗

5.4减小涡流损耗的措施

5.5本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附 录