高速盤式永磁電機的設計及多物理場分析.pdf

1、本文以高速盤式永磁電機為研究對象，采用解析法與集總參數(shù)網(wǎng)絡法為主要研究手段，對電磁計算、損耗分析與熱計算、電磁振動及機械應力校核等開展一系列研究工作，以促進該類電機的理論與技術發(fā)展及工程應用。
　　論文主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新成果包括以下幾個方面:
　　(1)以常見結構的盤式永磁電機為研究對象，對現(xiàn)普遍的四種電磁解析算法（實數(shù)保角變換、復數(shù)保角變換、許克變換與精確子域法）進行推導，繼而對計算所得到的氣隙磁密、反電動勢與齒槽轉矩進行

2、了對比分析，給出了各種算法的優(yōu)劣性以及適用特點。最后，通過電流片法對電樞磁場進行了計算，完善了采用相對空氣磁導率類方法的計算體系。本文首次采用許克變換對盤式電機氣隙相對磁導率進行求解，指出了K域變換的必要性并給出了求解過程。
　　(2)針對Halbach陣列結構高速盤式永磁電機，在直角坐標系下建立精確子域模型，并對設計電機進行反電動勢、齒槽轉矩、輸出轉矩等電磁性能計算。采用磁網(wǎng)絡與解析算法，分別對對非晶合金定子鐵心與永磁體渦流損耗

3、進行計算，通過有限元計算驗證了算法的正確性。本文建立的精確子域模型具有一定普適性，可適用于任意磁極組合、充磁強度、充磁方向的排列結構;此外，本文提出的電樞磁場計算方法也具有一定普適性，適用于任何繞組排列結構。
　　(3)基于計算流體力學理論，深入研究了高速盤式永磁電機風摩損耗與散熱系數(shù)，并給出了詳細的計算公式。在考慮磁-熱耦合的基礎上，進行集總參數(shù)熱網(wǎng)絡模型的搭建，以適用于快速計算場合。最后，通過FVM模型驗證了溫升模型與風摩損耗

4、計算的正確性。其中，采用系數(shù)提取與擬合的方式求解散熱系數(shù)與氣隙內(nèi)溫度，可大大提高集總參數(shù)網(wǎng)絡模型的精確性，并降低求解矩陣維度。
　　(4)研究了盤式永磁電機振動，對引起噪聲的原因進行了說明，重點闡述并分析了引起電磁振動的電磁應力;指出了盤式電機定子系統(tǒng)自然頻率計算與徑向電機的不同之處，并結合薄板理論，給出了盤式永磁電機自然頻率、等效剛度等計算方法;基于等效機械網(wǎng)絡思想，在考慮機殼表面形變相互影響的基礎上，對定子表面振動進行計算。通

5、過有限元方法驗證算法的正確性，并對盤式永磁電機噪聲進行數(shù)值模擬。
　　(5)采用解析算法對高速盤式永磁電機機械方面進行校核?；谟来朋w受力計算結果，提出了一種永磁安裝方式;針對轉子背鐵進行受力分析并進行轉子動力學分析以確定運行的穩(wěn)定;對盤式電機加工過程中易產(chǎn)生的偏心狀況，采用許克變換進行了解析建模，對各偏心情況情況下的氣隙磁密、磁鏈與反電動勢進行對比分析。其中，首次采用許克變換，對盤式電機偏心狀況進行建模計算，降低了計算時間提高了