鐵磁材料損耗及高速軟磁復(fù)合材料電機的研究.pdf

1、準確計算電機鐵耗一直是困擾電機設(shè)計者的一個難題。傳統(tǒng)方法是假設(shè)電機內(nèi)部磁場僅是交變磁化的，根據(jù)鐵磁材料在交變磁化條件下測量的數(shù)據(jù)，計算電機齒部和軛部由基波磁場造成的損耗，對于計算值與實測值之間的誤差通過經(jīng)驗系數(shù)來修正。這種方法對于已經(jīng)長期制造和使用的電機而言勉強適用，對于近年來發(fā)展很快的永磁電機、高速電機和其他新結(jié)構(gòu)電機，由于缺乏合適的經(jīng)驗系數(shù)，導(dǎo)致此方法難以適用。眾多研究人員的成果已經(jīng)證明電機的鐵耗有相當一部分是由旋轉(zhuǎn)磁化導(dǎo)致的，因此

2、顧及旋轉(zhuǎn)磁化的電機鐵耗計算模型是本文的一個重要內(nèi)容。 本文從鐵磁材料的鐵耗入手，先研究鐵磁材料在交變磁化和旋轉(zhuǎn)磁化方式下的計算和測量方法，目的是得到鐵耗分立模型中磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗的計算系數(shù)。本文提出并實現(xiàn)了數(shù)字式的25cm愛潑斯坦方圈測試系統(tǒng)，它可以測量在任何頻率和波形電源供電下硅鋼片的損耗，本文還在二維鐵耗測試系統(tǒng)中對硅鋼片在圓形旋轉(zhuǎn)磁化條件下的損耗進行了測量。結(jié)果表明，在同樣頻率和磁密的條件下，旋轉(zhuǎn)磁化下的損耗要

3、比交變磁化下的損耗大。本文提出了基于磁密軌跡的電機鐵耗計算模型，它只采用較容易獲得的交變磁化損耗系數(shù)，但又能顧及到旋轉(zhuǎn)磁化帶來的影響。通過實際電機的計算和測試，表明軌跡法的計算結(jié)果在未經(jīng)任何系數(shù)修正的情況下就具有很好的精度，適合推廣使用。 軟磁復(fù)合材料是一種新型的粉末金屬材料，它具有渦流損耗小和易制造成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)電機等特點。為了探索這種材料在高頻領(lǐng)域中的應(yīng)用和驗證本文提出的鐵耗計算模型，本文成功地設(shè)計和制造了一臺采用軟磁復(fù)合材

4、料的爪極式永磁電機，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文通過三維有限元分析，對該電機的磁通、磁鏈、電感、轉(zhuǎn)矩和鐵耗等參數(shù)和性能的計算提出了計算方法。對該種電機的熱分析，本文提出了熱網(wǎng)絡(luò)法和磁熱耦合有限元法。由于鐵耗在高速電機總損耗中占有很大比例，因此在有限元方法中，本文通過映射剖分法，使磁場和熱場模型中的單元總數(shù)、大小和順序保持完全一致，軌跡法計算得到的各單元鐵耗直接耦合進熱場進行計算，得到了電機準確的溫度分布。本文還進行了高速電機轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析，合理地