大功率永磁同步电机转子永磁体损耗研究_朱卫光_张承宁_董玉刚_图文_百度文库
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大功率永磁同步电机转子永磁体损耗研究_朱卫光_张承宁_董玉刚
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你可能喜欢在永磁发电机中磁铁与线圈铁芯的间隙越小越好,磁铁与线圈铁芯的距离与发电量的比例是怎样算的?
首先想说明的一点是,除了测速发电机,没有任何一台发电机将磁密设计到饱和状态,因为此将会付出很大的代价,其原因是非常简单的,在此不做进一步的陈述；就你提出的问题是有学术意义的,根据磁性材料的磁化曲线,一般的磁密会选择在最经济的状态,气隙的大小与发电量的关系是一个复杂的关系,因为涉及到电机的其它参数,数学建模,也无任何确切的参数可参照,并且磁化曲线只是一个实验曲线,没有现成的数学公式可利用,其关系较为复杂,并不是一次或二次曲线的关系,所以定性的分析还勉强还可以,定量的比例关系,没有人可以得到.
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电动车辆永磁同步电机转子永磁体涡流损耗及温度场研究
【摘要】：近年来随着电动车辆的迅速发展电驱动系统也进入了快速发展时期，永磁同步电机作为电驱动系统的核心部件更是得到了广泛的关注和研究。但是随着高功率密度和高扭矩密度电机的深入研究，发现永磁同步电机的设计参数和控制方式会引起电机内部磁场波形的畸变，进而在转子永磁体产生大量的涡流损耗，导致转子永磁体温度严重升高甚至出现转子永磁体退磁或转子烧毁的现象。永磁同步电机定转子设计参数如转子永磁体形状、定子槽口宽度和分数槽绕组，都会引起电机内部磁场波形的畸变，使气隙磁场含有大量的时间谐波和空间谐波。这些谐波与转子永磁体磁场以不同转速旋转，进而在转子永磁内感应出涡流、产生大量涡流损耗；当电机采用脉宽调制（PulseWidth Modulation：PWM）控制方式时，尤其当定子绕组电流较大并且含有大量时间谐波时，电机主磁场波形会发生较大畸变并含有大量的谐波，这些谐波与转子永磁体以不同转速旋转，在转子永磁体内感应出大量涡流并产生涡流损耗。上述电机定转子设计方式和大电流PWM控制方式都是高功率密度永磁同步电机设计和控制的常用方法，因此研究转子永磁体涡流损耗在上述设计条件和运行条件下的产生机理和影响因素具有十分重要的意义。
本文针对转子永磁体涡流损耗，分别采用具有快速计算速度的解析计算方法和具有较高计算精度的电磁场有限元方法进行分析；并对高功率密度永磁同步电机温度场进行分析，分别采用具有快速计算速度的集中参数热网络法和具有较高精度的温度场有限元方法进行分析。最后分别以大功率电驱动系统所使用内转子大功率永磁同步电机和轮毂电机驱动系统中所使用外转子轮毂永磁同步电机作为研究对象，开展转子永磁体涡流损耗研究和温度场研究，并通过台架实验验证理论分析结果。
首先，分析永磁同步电机转子永磁体内涡流损耗产生机理和解析表达方式，提出一种基于穿透深度的涡流损耗分析方法。分别分析转子永磁体对自身产生的涡流损耗，绕组时间谐波在永磁体内产生的涡流损耗，绕组空间谐波在永磁体内产生的涡流损耗，和定子开口槽在转子永磁体内产生的涡流损耗。
其次，基于电磁场数值计算方法建立永磁同步电机转子永磁体涡流损耗模型，通过电磁场有限元方法分析电机永磁体、分数槽绕组结构、定子绕组时间谐波和定子槽口宽度对于转子永磁体涡流损耗的影响。分析电机气隙磁场的波形和永磁体内部磁场波形，并得到转子永磁体内部的涡流电流密度分布和涡流损耗密度分布情况。建立各类参数与转子永磁体涡流损耗的关系。
再次，分别通过集中参数热网络法和温度场有限元方法研究内转子大功率永磁同步电机和外转子轮毂永磁同步电机的整体温度场和转子永磁体的温度场。在集中参数热网络法研究过程中详细分析电机内对流传热、传导传热以及接触传热，建立整个电机在不同冷却条件下的热网络模型，得到电机各组成部分的温度分布并着重分析转子永磁体的温度场分布。温度场有限元方法研究中，建立电机温度场模型，分析永磁同步电机的温度场分布和热流密度分布，得到不同的运行模式和冷却条件下电机内部的温度场分布，并重点分析转子永磁体温度分布情况和气隙温度分布情况。
论文还研究转子永磁体涡流损耗的测量方法，提出一种基于电机反电势下降法测量转子永磁体涡流损耗的方法。利用转子永磁体随温度升高而出现可逆退磁的现象，通过测量反电势电压的下降值得到转子永磁体内涡流损耗值；并通过实验对转子永磁体损耗的三维解析分析方法结果和有限元方法结果进行验证，实验结果与理论分析显示出良好的一致性；通过实验测定电机的温升情况，对电机温度场热网络法分析结果和温度场有限元方法分析结果进行验证，理论分析结果和实验结果具有良好的一致性。
【关键词】：
【学位授予单位】：北京理工大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2014【分类号】：TM341【目录】：
摘要5-7Abstract7-12第一章 绪论12-27 1.1 永磁同步电机在装甲车辆和民用电动汽车中的应用12-14
1.1.1 永磁同步电机在装甲车辆电传动系统中的应用12-13
1.1.2 永磁同步电机在电动汽车电驱动系统中的应用13-14 1.2 课题的研究目的和意义14-17 1.3 课题的国内外研究现状与本课题采用的方法17-25
1.3.1 转子永磁体涡流损耗研究现状17-21
1.3.2 针对转子永磁体涡流损耗本课题所采用方法21-22
1.3.3 电机温度研究现状22-25
1.3.4 针对永磁同步电机温度场本课题所采用方法25 1.4 论文的主要内容和框架25-27第二章 转子永磁体涡流损耗三维解析方法研究27-50 2.1 永磁同步电机转子永磁体涡流损耗三维解析计算模型27-31
2.1.1 永磁体内涡流回路感应电动势27-28
2.1.2 永磁体内涡流回路电阻28-30
2.1.3 永磁体内涡流损耗30-31 2.2 空载气隙磁场在永磁体内产生磁通密度31-35 2.3 绕组电枢反应在转子永磁体内产生的磁通密度35-42
2.3.1 考虑绕组时间谐波和绕组空间谐波影响的磁通密度35-39
2.3.2 正弦波 PWM 控制方式引起的定子绕组时间谐波39-41
2.3.3 电机绕组空间分布引起的空间谐波41-42 2.4 定子槽口宽度对转子永磁体涡流损耗的影响42-44 2.5 永磁同步电机研究实例44-49
2.5.1 内转子大功率内转子永磁同步电机44-47
2.5.2 外转子轮毂永磁同步电机47-49 2.6 本章小结49-50第三章 基于有限元的转子永磁体涡流损耗影响参数研究50-72 3.1 电磁场有限元分析模型50-52 3.2 正弦波 PWM 控制器所产生时间谐波对转子损耗的影响52-61
3.2.1 内转子大功率永磁同步电机52-56
3.2.2 外转子轮毂永磁同步电机56-61 3.3 电机极槽数配合对转子永磁体涡流损耗影响61-65 3.4 定子槽口宽度对于转子永磁体涡流损耗的影响65-71
3.4.1 内转子大功率永磁同步电机65-67
3.4.2 外转子轮毂永磁同步电机67-71 3.5 本章小结71-72第四章 高功率密度高扭矩密度永磁同步电机温度场研究72-96 4.1 集中参数热网络方法72-81
4.1.1 电机内除定子槽之外的固体热传递75-78
4.1.2 电机定子槽内部热传递78-79
4.1.3 电机对流热传递79-81 4.2 电机运行损耗分析81-83 4.3 永磁同步电机集中参数热网络法83-88
4.3.1 内转子大功率永磁同步电机83-84
4.3.2 外转子轮毂永磁同步电机84-88 4.4 永磁同步电机温度场分析88-94
4.4.1 内转子大功率永磁同步电机90-91
4.4.2 外转子轮毂永磁同步电机91-94 4.5 本章小结94-96第五章 基于反电势的转子永磁体涡流损耗测量方法研究96-105 5.1 转子永磁体涡流损耗测试方法96-97
5.1.1 传统测量方法96-97
5.1.2 反电势电压下降法97 5.2 电机反电势与永磁体温度之间的关系97-99 5.3 转子的绝热工作环境分析99-102
5.3.1 定转子气隙对流热阻100-101
5.3.2 转子表面环氧树脂护套热阻101-102
5.3.3 电机轴内部热阻102 5.4 转子永磁体损耗分析102-103 5.5 反电势下降法转子永磁体涡流损耗实验步骤103-104 5.6 本章小结104-105第六章 样机实验验证105-113 6.1 转子永磁体涡流损耗实验105-109
6.1.1 内转子大功率永磁同步电机105-108
6.1.2 外转子轮毂永磁同步电机108-109 6.2 电机温升实验109-112
6.2.1 内转子大功率永磁同步电机109-110
6.2.2 外转子轮毂永磁同步电机110-112 6.3 本章小结112-113第七章 结论113-118 7.1 全文总结113-116 7.2 论文创新点116-117 7.3 进一步工作展望117-118参考文献118-129攻读学位期间发表论文与研究成果清单129攻读学位期间参加项目129-131致谢131
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