轴向磁通高速磁阻电机的设计与分析-赵竹苑.docx

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1、硕士学位论文 轴向磁通高速磁阻电机的设计与分析 作 者：赵竹苑 指导教师：周凌柯副教授 李强副研究员 南 京 理 工 大 学 2017年 1月 万方数据 卜囊f x30omp3H5J0S13UIUBuslsaoU.2巷9SSSUS.PSLCO60OO6SA 圍|=圍圍_|一 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研宄成果，尽我所知，在本学 位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布 过的研宄成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的 材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明 确的说明。 研究生签名： 吣氖 災 /7年彡月幻日 学位论

2、文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上 网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权 其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文， 按保密的有关规定和程序处理。 研 究 牛 签 名 ： 办 於 /7年 月 W曰 万方数据 硕士学位论文 轴向磁通高速磁阻电机的设计与分析 摘 要 开关磁阻电机凭借结构坚固，系统稳定，容错性能优越及可控性高等优点，己广泛 应用于航运、家电及国防等各种场合。随着工业 4.0时代的开启，结合了盘式电机和开 关磁阻电机优点的新兴轴向磁通磁阻电机显然在电机领域具有明显优势。论文在总结国 内外现有轴

3、向磁通磁阻电机设计发展的基础上，对一台 6/4极轴向磁通高速磁阻电机 (Axial Flux High Speed Reluctance Motor， AFHSRM)进行了 电磁解析法和有限兀法的分 析设计研宄。 首先，论文介绍了开关磁阻电机的主要结构及各结构的优缺点，对开关磁阻电机的 主要研究方法进行了详细阐述，并依据开关磁阻电机的电磁设计及性能参数设计的原 则，对轴向磁通高速磁阻电机进行预 设计。 其次，结合轴向磁通高速磁阻电机的结构特点，利用解析法对轴向磁通高速磁阻电 机分别在定转子极中心线对齐位置 （ 荷兰的代尔夫特理工大学 Borisavl.jevic学者提出要得到尚速电机最大功率的

4、主要 途径，电磁 方面需要进行电磁损耗分析，温度方面需要考虑传热流体力学，机械方面需 要考虑转子离心力 11;布里斯托尔大学提出了利用半透性材料制造保护套，与碳纤维、 铬镍铁合金等惰性材料相比，可以减小保护层产生的涡流损耗，增加磁负荷，为高速永 磁电机保护套的设计提供了新的研宄方向 12;美国乔治亚理工学院的 JieDang提出了一 种新型开关磁阻电机的转子结构，解决了电机在超高速运行时风阻损耗太大的问题，并 且因为这种转子结构产生不对称气隙，提高了电机转矩 13;德国学者 Je ngki.An等人对 表贴式永磁同步电机进 行了损耗分析和研宄，发现当电机在高速运行时，空气摩擦损耗 和铁损是损耗

5、的主要部分，同时详细分析了空载时电磁轴承转子损耗 14;美国的 Delvis A. Gonzalez和 Daniel M. Saban博士针对一个 5MW带有成型线圈的尚速永磁电机，研 究了这种高速永磁电机的铜损，并比较了该电机分别在全开和半闭槽的情况，同时还提 出了一种有效地计算高频下每相电阻和估算直流电阻增量的方法 15。日本东京大学也研 制出一台 2kW的高速开关磁阻电机，额定转速 l r/min， 最高转速 150000r/min16。 由于工业需求及社会发展 ,我国众多研究院所及高校也对高速 /超高速电机进行深入 研究。沈阳工业大学的张凤阁教授及其团体研究了转子的不同保护措施，发现碳

6、纤维保 护套设计时可以忽略工作温度对机械强度的影响，并且在相同情况下，碳纤维保护套厚 度比合金保护套薄，在降低弯曲应力的同时，可以获得更大的气隙和散热面积 17_19，论 文 20在考虑端部磁场和谐波影响的基础上，建立了能较为准确反映高速爪极电机铁芯 损耗的计算模型，为解决高速永磁爪极电机损耗较大且发热严重的问题提供了理论参考 依据；沈阳工业大学邢军强教授、王凤翔教授和孔晓光博士等人验证了基于流体场分析 的摩擦损耗计算方法的有效性，以及基于流固耦合分析的温升计算方法的可靠性，并对 转子保护方面进行了深入地研究 21 25。浙江大学沈建新教授的团队对高速永磁无刷电机 的电磁损耗和抑制措施进行了探讨，指出采取减小定子槽开口、加大气隙长度、对永磁 体进行轴向分块、用转子导电屏蔽层等措施可以抑制转子涡流损耗，利用有限元方法分 万方数据 3