永磁涡流发热影响因素的二维电磁场有限元分析

摘要

按照电磁感应定律，金属材料相对于磁场运动时就能产生热量，即由机械能转化为热能。将机械能转化为热能的效率不仅取决于所采用系统的结构，而且还依赖于所选取的材料。
　　 本文采用Maxwell2D对永磁涡流致热装置进行静态电磁场有限元分析，结合气隙磁感应强度与涡流发热功率的关系，得出提高致热装置发热功率的途径：减小定转子间的空气隙；适当增加转子极的极对数；优化单个磁极的设计参数(磁极的永磁体形状、过渡磁轭厚度、磁极极尖的宽度)。通过简化致热装置模型，建立两种平板模型，模拟分析随着磁极间距减小的漏磁现象，分别得到每种模型选择不同的气隙宽度，在设计时所要选用的最优磁极间距，为致热装置进一步的优化设计提供了帮助。
　　 利用Maxwell2D瞬态场求解器对致热装置进行运动学仿真，得到致热装置的瞬态转矩和致热装置的涡流场分布特性，结合瞬态转矩同发热功率的关系，进一步计算出涡流致热装置的发热功率。以此为出发点，通过改变影响发热功率的参数得到提高转子转速与增加的发热功率近似呈平方关系；气隙宽度减小可以增加发热功率；适当的提高极对数可以提高热功率；
　　 在选择发热部件的材料时，应主要考虑具有磁饱和度高、导磁特性高，并且剩磁小的铁磁性材料，以便获得较大的发热功率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2几种机械能-热能的方式简介

1.2.1机械能直接转换为热能的方式

1.2.2永磁涡流致热的特性

1.2.3国内外风能致热技术的发展及应用情况

1.3本论文研究的目的和内容

第二章永磁涡流致热原理和磁场的有限元分析方法

2.1永磁涡流致热原理

2.1.1永磁涡流致热的物理原理

2.1.2永磁涡流致热的工作原理

2.2永磁涡流致热与涡流特性的理论分析

2.2.1永磁涡流致热的理论分析

2.2.2涡流定子中的分布特性——集肤效应和集肤深度

2.3永磁涡流发热功率的影响因素

2.3.1发热材料的选则要求

2.3.2磁场的变化频率

2.3.3磁感应强度B

2.4涡流致热有限元计算的理论

2.4.1计算电磁场的有限元方法

2.4.2二维涡流场有限元计算的分析理论

2.4.3 Ansofl Maxwell软件

2.5本章小结

第三章永磁涡流装置电磁场的二维静态分析

3.1永磁涡流致热装置影响因素的讨论

3.2 Maxwell 2D静磁场分析理论

3.2.1 Maxwell 2D分析步骤

3.2.2二维静磁分析的边界条件

3.3永磁涡流发热装置的静磁场分析

3.3.1模型的构建

3.3.2指定材料属性

3.3.3确定边界条件和激励源

3.3.4确定求解选项

3.3.5求解分析和后处理

3.4发热装置的优化设计

3.4.1气隙大小对气隙磁感应强度的影响

3.4.2单个磁极结构参数对气隙磁感应强度的影响

3.4.3各极间距大小对气隙磁密及漏磁的影响

3.4.4间距变化的漏磁分析

3.4.5不同材料对气隙磁感应强度的影响

3.4.6总结

3.5本章小结

第四章永磁涡流磁场运动学仿真研究

4.1致热装置的二维瞬态模型

4.1.1模型构建

4.1.2设置计算参数

4.1.3设置边界条件和源

4.1.4求解选项的设置

4.1.5求解与后处理

4.2不同参数对致热装置热功率的影响

4.2.1不同频率对发热功率的影响

4.2.2改变气隙宽度对发热功率的影响

4.2.3转子极对数的增大对发热功率的影响

4.2.4选取不同铁磁材料对发热功率的影响

4.2.5结论

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间取得的科研成果

致谢