高功率密度永磁同步電機設(shè)計與磁熱耦合分析.pdf

1、近些年來，由于高性能的釹鐵硼、釤鈷等稀土永磁材料的出現(xiàn)，使得永磁同步電機的性能得到了極大的提升，而且永磁同步電機具有高功率密度、高效率、體積小、低噪音等眾多優(yōu)點，使其廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。由于永磁同步電機的優(yōu)越性能和強大的需求，高性能的永磁同步電機的設(shè)計開發(fā)成為國內(nèi)外學者的研究熱點。
　　本文主要設(shè)計了一臺額定功率15kW、質(zhì)量20kg以內(nèi)、短時間工作制的專用特種永磁同步電機。闡述了高功率密度永磁同步電機的結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點，

2、分析了電機在設(shè)計時與普通電機設(shè)計的不同之處。在本設(shè)計中，由于電機的功率密度比較高，所以電機的溫升問題非常嚴重。由于電機工作時間比較短，所以并未對電機設(shè)計特殊的散熱方法，允許電機在比較高的溫度下短時間工作。這樣在對電機進行電磁設(shè)計的同時，考慮電機耐高溫能力，采用了大量的耐高溫材料，從而保證電機在較高溫升的情況下，仍然可以繼續(xù)正常工作。根據(jù)永磁同步電機的設(shè)計原則，對永磁同步電機的主要尺寸、繞組、槽極數(shù)選擇、永磁體和定子槽型等進行了初步設(shè)計。

3、通過有限元分析軟件MagNet對所設(shè)計的永磁同步電機建立電磁場仿真模型，對電機的靜態(tài)磁場、繞組反電動勢、齒槽轉(zhuǎn)矩、穩(wěn)態(tài)運行進行了仿真，得到了所設(shè)計的永磁同步電機的電氣特性結(jié)果，同時結(jié)合軟件仿真結(jié)果，多次對永磁同步電機的整體設(shè)計進行相應(yīng)的優(yōu)化，最終確定電機的電磁設(shè)計方案。
　　本設(shè)計的電機功率密度達到了0.906kw/kg，而且電機未采取特殊的散熱方法，所以本電機的溫升問題非常嚴重。雖然在設(shè)計時已經(jīng)采用了耐高溫材料，但是高功率密度永

4、磁同步電機設(shè)計成功與否，還需要對電機的溫升進行分析。介紹了熱傳學基本理論，包括熱傳遞的三種基本方式:熱傳導、熱對流和熱輻射;以及熱傳學中的熱容和熱阻的概念。針對引起永磁同步電機電機溫升的各種損耗進行了分析，主要包括定子鐵芯損耗、繞組銅耗、機械損耗和永磁體渦流損耗。最后通過溫度場仿真軟件ThermNet建立永磁同步電機的溫度場仿真模型，通過與MagNet進行磁熱耦合仿真，分別對所設(shè)計的高功率密度永磁同步電機在空載和額定負載情況下的溫度場進