高速电机设计及损耗分析

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高速电机具有转速高、电机尺寸小、功率密度大和效率高等优点,正成为电机领域的研究热点之一。高速电机的主要特点有两个:一是转子的高速旋转,需要对转子、尤其是高速永磁电机的永磁体转子进行保护;二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率,因此会产生很大的定子铁耗,需要采取措施来尽量减小高速电机定子铁耗。对于高速永磁电机,还存在转子涡流损耗造成转子永磁体退磁的现象。因此决定了高速电机具有不同于普通电机的特有技术特点和没计方法,本文主要对高速电机的设计和高速电机的转子涡流损耗进行了详细地分析。   本文在总结了异步电机、开关磁阻电机和永磁电机三种高速电机设计特点的基础上,通过VB编制了三种高速电机的软件设计平台,生成三种电机电磁场分析的APDL语言,并调用ANSYS软件进行电磁场分析。然后,利用开发的软件平台设计了一台10kW/50,000r/min的飞轮储能用表面式高速永磁电机,并通过在转子永磁体外施加过盈配合的非导磁金属保护套来保护永磁体转子,确保电机的高速运行,将电机的仿真和实验数据进行了对比分析,发现电机能够很好地满足设计要求。   最后,考虑高频磁场的集肤效应,利用ANSOFT有限元软件对转子涡流损耗进行了分析,提出在永磁体外增加一薄层非导磁金属屏蔽环来减小转子总涡流损耗的方案,分析总结出磁屏蔽环的最佳放置位置,并研究给出了磁屏蔽环在不同位置,转子总涡流损耗随磁屏蔽环的厚度和电导率的变化趋势。结果表明,选取较小的槽开口、较大气隙长度可以有效地减小转子涡流损耗;在转子永磁体和永磁体护套之间施加非导磁金属磁屏蔽环,通过选取合理的屏蔽环电导率和厚度可以有效地减小转子总涡流损耗。  
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