高速磁悬浮永磁电机的发热与冷却研究

摘要

高速磁悬浮永磁电机由于转速高、功率密度大,如果设计不合理容易导致电机定子和转子的温度过高,影响电机的效率,甚至还可能会导致转子永磁体不可逆失磁。因此如何保证电机的运行温度在安全范围内是高速磁悬浮永磁电机设计的重点之一。文中对高速磁悬浮永磁电机的发热与冷却进行了研究。
　　 针对高速磁悬浮永磁电机的发热问题,文中首先对该种电机结构和所用到的相关温度场理论进行了介绍,然后分析了电机绕组中的铜损耗；接着分析了电机定子硅钢片材料对电机定子铁损耗的影响,通过采用不同硅钢片材料制作的变压器来测量硅钢片的高频单位损耗值；由于电机转子转速高风摩擦严重,针对电机转子表面的风摩擦损耗,分析了电机风摩擦损耗的影响,计算了电机中风摩擦损耗值；接着通过有限元的方法分析了电机转子中的涡流损耗。通过前面计算电机的损耗量以及电机中相应的边界条件采用ANSYS软件对高速磁悬浮永磁电机空载稳态发热模型进行了仿真研究。最后在两台高速磁悬浮永磁电机上进行了试验研究,结果表明理论计算与试验吻合较好。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 高速磁悬浮永磁电机概述

1.1.1 磁悬浮轴承的特点

1.1.2 高速磁悬浮永磁电机的特点

1.2 高速磁悬浮永磁电机发热问题

1.3 国内外高速电机研究现状和发展趋势

1.3.1 高速电机发热与冷却的主要研究方法

1.3.2 国外研究状况

1.3.3 国内研究现状

1.4 论文工作的意义和内容安排

1.4.1 论文工作的意义

1.4.2 论文工作主要内容

第二章 高速磁悬浮永磁电机温度场的基本理论

2.1 高速磁悬浮永磁电机样机的结构形式

2.1.1 高速磁悬浮永磁电机转子设计特点

2.1.2 高速磁悬浮永磁电机定子设计特点

2.1.3 磁悬浮轴承特点

2.2.电机温度场的基本理论

2.2.1 电机散热方式及热源的基本理论

2.2.2 导热微分方程

2.2.3 导热微分方程式的边界条件

2.3 本章小结

第三章 高速磁悬浮永磁电机损耗的计算

3.1 高速磁悬浮永磁电机铜损耗计算方法

3.2 高速磁悬浮永磁电机定子铁损耗计算方法

3.2.1 铁损耗的组成

3.2.2 电机定子铁损耗的计算方法

3.2.3 定子硅钢片在高频下的单位质量损耗测量的方法

3.2.4 定子硅钢片损耗系数测量试验

3.2.5 高速磁悬浮永磁电机铁芯铁损耗计算

3.3 高速磁悬浮永磁电机转子损耗计算方法研究

3.3.1 高速转子风摩擦损耗计算

3.3.2 转子护套涡流损耗的分析

3.4 本章小结

第四章 高速磁悬浮永磁电机的稳态温度场计算

4.1 电机定子温度场的仿真计算

4.1.1 定子相应边界条件

4.1.2 定子对流换热系数的选择

4.1.3 定子材料导热系数的选择

4.1.4 样机基本参数

4.1.5 高速磁悬浮永磁电机定子的温度场计算结果和分析

4.2 高速磁悬浮永磁电机转子温度场仿真计算

4.2.1 转子对流换热系数的确定

4.2.2 转子ANSYS温度场分析

4.3 本章小结

第五章 高速磁悬浮永磁电机温升测试

5.1 电机温度场试验分析采用的仪器介绍

5.1.1 热敏电阻

5.1.2 热电偶

5.1.3 试验变频电源

5.1.4 试验样机基本参数

5.2 电机温度的测量

5.2.1 测温试验

5.2.2 试验结果分析

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文