论文部分内容阅读
高速永磁同步电动机(High Speed Permanent Magnet Synchronous Motor,HSPMSM)具有效率和功率因数高、调速范围大等优点,但由于其转子体积小、转子涡流损耗大以及散热困难等问题,限制了该电机向更高转速和更高功率密度的发展。为此,本文结合永磁铁氧体具有低电导率和稀土永磁具有高剩磁的优点,提出一种新型复合励磁转子结构。在此基础上,通过理论研究、有限元分析(Finite ElementAnalysis,FEA)和样机实验相结合的方法,对复合励磁HSPMSM的动态磁网络(Magnetic Equivalent Circuit,MEC)模型、集总参数热网络(Lumped-Parameter Thermal-Network,LPTN)模型和磁热双向耦合模型进行分析和求解,进而研究主要参数对电机性能的影响。
首先,介绍了复合励磁HSPMSM的基本结构和工作原理,分析并建立了其等效的动态MEC模型,研究了模型中磁阻及磁动势的计算方法;将复合励磁HSPMSM的动态MEC模型代数方程组与微分方程组耦合并进行求解;利用动态MEC模型对复合励磁转子的磁动势及空载、负载性能进行分析,并将分析结果与FEA结果进行对比,以验证本文模型的准确性。然后,针对复合励磁HSPMSM的结构特点,分别建立了叠绕组和环形绕组的LPTN模型,并进行了热源分析和热阻计算,进而对LPTN进行求解得到全域稳态温升;为验证LPTN模型的准确性,将其与MotorCAD软件得到的仿真结果进行对比,并对两种绕组形式下的温升结果进行了对比分析,进而研究了装配间隙、齿槽尺寸和输出功率等对电机温升的影响。最后,基于所建立的动态MEC模型和LPTN模型,考虑复合励磁HSPMSM磁场与温度场之间的耦合关系,建立了磁热双向耦合模型,利用该模型研究了电机主要参数对电磁性能的影响,并设计了两台体积相同、励磁方式不同的HSPMSM,性能对比分析结果表明,复合励磁HSPMSM对转子涡流损耗具有抑制作用,且高速运行时在温度分布方面更具优势。
本文的研究结果可为HSPMSM的快速性能分析和方案优化设计提供参考。
首先,介绍了复合励磁HSPMSM的基本结构和工作原理,分析并建立了其等效的动态MEC模型,研究了模型中磁阻及磁动势的计算方法;将复合励磁HSPMSM的动态MEC模型代数方程组与微分方程组耦合并进行求解;利用动态MEC模型对复合励磁转子的磁动势及空载、负载性能进行分析,并将分析结果与FEA结果进行对比,以验证本文模型的准确性。然后,针对复合励磁HSPMSM的结构特点,分别建立了叠绕组和环形绕组的LPTN模型,并进行了热源分析和热阻计算,进而对LPTN进行求解得到全域稳态温升;为验证LPTN模型的准确性,将其与MotorCAD软件得到的仿真结果进行对比,并对两种绕组形式下的温升结果进行了对比分析,进而研究了装配间隙、齿槽尺寸和输出功率等对电机温升的影响。最后,基于所建立的动态MEC模型和LPTN模型,考虑复合励磁HSPMSM磁场与温度场之间的耦合关系,建立了磁热双向耦合模型,利用该模型研究了电机主要参数对电磁性能的影响,并设计了两台体积相同、励磁方式不同的HSPMSM,性能对比分析结果表明,复合励磁HSPMSM对转子涡流损耗具有抑制作用,且高速运行时在温度分布方面更具优势。
本文的研究结果可为HSPMSM的快速性能分析和方案优化设计提供参考。