非晶合金轴向磁通永磁同步电机热管理技术

轴向磁通永磁电机具有功率密度高,结构紧凑等优点,在风能发电、飞轮储能、电动汽车领域具有良好的应用前景。尤其是非晶合金等超薄低损耗软磁材料的发展,其更适用于卷绕工艺的特性使得高频轴向磁通永磁电机的研究得到极大关注和快速发展。轴向磁通永磁电机的频率也突破传统电机频率限制,达到800Hz甚至1200Hz以上。如此高的频率会极大增加转子损耗,使得永磁体温度过高,因此对转子散热乃至电机的安全可靠运行带来极大挑战。首先,本文提出了一个解析模型,用于分析考虑不同永磁体形状、定子槽口宽度的轴向磁通永磁同步电机的永磁体损耗。通过求解麦克斯韦方程,得到了永磁体中的磁场。之后利用电阻网络计算了永磁体涡流损耗。最后通过与有限元计算结果的比较,验证了分析模型的正确性。其次,本文针对端盖水冷全封闭式高频轴向磁通永磁电机提出了一种在转子外表面设置离心式风叶提高机内空气湍流强度的转子温升抑制方法。基于计算流体力学方法,分析了不同风叶数量和长度对全封闭轴向磁通永磁电机空气摩擦损耗和转子温升的影响规律。为了进一步提高散热能力,分析了矩形风叶在面积一定时,不同长宽比对空气摩擦损耗和转子温升的影响规律。在此基础上,进一步提出了改进的转子风叶结构,分析了两种改进风叶形状对电机散热性能的影响,以及转子内侧加装风叶对轴承温升的抑制作用。最后,通过对一台样机试验验证了分析方法的正确性。最后,针对端盖水冷全封闭式高频轴向磁通永磁电机,提出了一种在转子支架外侧安装风叶与转子支架上开设通风孔相配合提高机内空气湍流强度的转子温升抑制方法。基于计算流体力学方法,对比分析了转子支架开孔、转子支架开孔并配有转子风叶轴向磁通电机与常规转子不开孔轴向磁通电机对转子温升的抑制效果。在此基础上,计算了通风孔数量以及通风孔占转子支架比例对全封闭轴向磁通永磁电机空气摩擦损耗和转子温升的影响规律。为了进一步降低转子温升,分析了不同数量的风叶与通风孔相互配合对电机散热性能的影响,最后,通过对一台样机试验验证了分析方法的正确性。