高速永磁同步电动机转子涡流损耗的研究

摘要

随着我国经济的快速发展以及工业规模的迅速扩张，使得电机朝着高速、高效率以及高功率密度的方向发展。高速永磁电机具有体积小、噪声低、动态响应快、功率密度大、传动系统效率高，而在航空航天、电动汽车、飞轮储能等领域得到广泛应用。高速电机工作在较高频率下使得高速电机的单位体积内的损耗也高于普通电机，且其转子中加入护套结构导致不易散热，所以转子涡流损耗对于高速电机来说是不可忽视的，其值的大小及其引起的转子温升，关系到高速电机的可靠运行，因此对高速电机转子涡流损耗的深入分析是必要的也是有现实意义的。
　　本文以250kW、2极高速永磁同步电动机为研究对象，对转子涡流损耗产生的原因进行了详细分析，根据电磁场的基本理论，建立了二维涡流场有限元数学模型，对电机在额定工况下进行仿真计算，分析有限元计算结果，各电气量符合电机设计的要求。
　　提出了在转子永磁体表面加入镀层的新型转子结构，分别对转子永磁体内表面镀层及镀层材料和厚度不同、转子永磁体外表面镀层及镀层厚度不同、转子永磁体内外表面同时加镀层及镀层厚度不同三种情况进行了分析。得出了转子涡流损耗的大小随镀层位置的改变而变化的规律，分析了三种不同情况下镀层和永磁体上涡流损耗密度的分布规律;进一步分析了当镀层的材料和厚度变化时，转子总的涡流损耗的变化规律。
　　研究了不同复合结构的护套对转子涡流损耗影响。分别分析了铜镀层在钢护套外的复合结构和铜镀层在钢护套内的复合结构，给出了两种情况下铜镀层厚度变化时转子总涡流损耗的变化趋势以及永磁体和复合护套上涡流密度的分布特点，并将两种结构进行了对比，验证了铜镀层在钢护套外的复合结构对转子涡流损耗的抑制效果优于铜镀层在钢护套内的复合结构;最后对外加铜镀层的护套结构进行了进一步的分析，根据其内部涡流损耗密度最大值的变化趋势给出了铜镀层厚度合理的取值依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 永磁电机的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题来源与研究的主要内容

第2章 高速永磁同步电动机模型建立

2．1 电磁场的基本理论依据

2．1．1 电机电磁场的数理基础

2．1．2 边界条件

2．2 二维涡流场数学模型的建立

2．3 高速永磁电机有限元模型的建立

2．3．1 基本参数和基本假设

2．3．2 有限元模型的建立

2．3．3 电机额定负载仿真分析

2．4 本章小结

第3章 新型转子结构对转子涡流损耗的影响分析

3．1 转子永磁体涡流损耗产生的原因分析

3．1．1 定子开槽导致气隙磁密不均匀的影响

3．1．2 逆变器PWM谐波电流的影响

3．2 永磁体表面镀层对转子涡流损耗的影响分析

3．2．1 永磁体内表面镀层对转子涡流损耗的影响

3．2．2 镀层在永磁体外表面时转子涡流损耗分析

3．2．3 永磁体内外表面均有镀层对转子涡流损耗的影响

3．3 本章小结

第4章 复合结构护套对转子涡流损耗影响研究

4．1 护套对永磁体涡流损耗的影响

4．2 复合结构护套对转子涡流损耗的影响分析

4．2．1 内铜镀层对转子涡流损耗影响的研究

4．2．2 外铜镀层对转子涡流损耗的影响分析

4．2．3 外铜镀层厚度对转子涡流损耗的影响分析

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得的成果

致谢