【摘 要】
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高速永磁同步电机具有高功率密度,可直接驱动高速负载,控制性能优异等优点,成为近些年来电机学科发展的热点。由于高速永磁电机损耗密度高,散热条件差,使其转子散热困难。且随着电机频率的升高,转子涡流损耗迅速增加,永磁体温升显著升高,加剧了高速永磁同步电机永磁体产生不可逆失磁风险。为了保证电机运行的可靠性,快速准确地计算高速永磁电机转子涡流损耗至关重要。首先,将子域法和等效磁路法结合,建立了考虑定子开槽和
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高速永磁同步电机具有高功率密度,可直接驱动高速负载,控制性能优异等优点,成为近些年来电机学科发展的热点。由于高速永磁电机损耗密度高,散热条件差,使其转子散热困难。且随着电机频率的升高,转子涡流损耗迅速增加,永磁体温升显著升高,加剧了高速永磁同步电机永磁体产生不可逆失磁风险。为了保证电机运行的可靠性,快速准确地计算高速永磁电机转子涡流损耗至关重要。首先,将子域法和等效磁路法结合,建立了考虑定子开槽和定子铁心饱和的带护套高速永磁同步电机转子涡流损耗解析模型。该模型中,通过在有源子域内建立扩散方程考虑涡流反作用的影响,采用磁导模型考虑定子开槽的影响,通过搭建等效磁路模型来考虑定子铁心饱和的影响。基于该解析模型,对几种常见护套材料的永磁电机转子涡流损耗进行了分析。分别计算了护套电导率和厚度对转子涡流损耗的影响,为相近电机的护套设计提供参考。其次,分别建立了非同心磁极结构和转子屏蔽结构高速永磁电机的转子涡流损耗解析模型。首先,采用混合分域法建立非同心磁极电机永磁体涡流损耗解析模型。将同心磁极和非同心磁极的涡流损耗进行对比分析,研究了非同心磁极对涡流损耗的抑制作用。对非同心磁极的偏心距进行规律性计算,结合解析公式,得到永磁体涡流损耗最小时,非同心磁极参数之间的关系式。然后,针对同时带有导电护套和屏蔽结构的高速永磁电机建立了考虑涡流三维分布的转子涡流损耗解析模型。采用等效阻抗法考虑涡流的端部效应。在此基础上,对屏蔽层的适用性进行分析,通过屏蔽层电导率和厚度对各次电流谐波产生涡流损耗的影响,得到以转子涡流损耗最小为目标的屏蔽层参数设计方法。最后,为了验证解析模型的正确性,分别采用损耗分离实验和C型铁心实验对永磁电机转子涡流损耗进行实验测试。其中损耗分离法,首先测量电机铁耗,再通过软磁材料测试平台测量出定子铁心损耗,进而分离出转子涡流损耗。并将解析结果和实验结果对比,以验证解析模型的正确性。针对屏蔽层结构,建立C型铁心损耗测试平台,对多种屏蔽层材料进行实验测试,验证了多层子域模型的正确性以及屏蔽层对转子涡流损耗的抑制作用。
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