發(fā)布時間：2020-09-16 09:22

　　 高速電機有體積小,功率密度大的特點,同時功率因數(shù)高,轉速變化范圍大,可靠性高。由于這些優(yōu)點,高速電機在航空航天,精密制造等領域有著良好的發(fā)展前景。但電機損耗密度大,溫升高,這成為了限制其使用范圍。轉子側散熱條件惡劣,永磁體在高溫下極易產生不可逆的退磁,影響高速電機的正常工作。高速電機的轉子損耗主要來源于轉子渦流損耗、風摩損耗和軸承的機械損耗。本文以空氣軸承高速電機為研究對象,建立了空氣軸承高速電機的流體場模型,利用流體場模型的分析計算高速電機定轉子氣隙的風摩損耗以及軸承內的風摩損耗,并分析了電機結構以及流場邊界條件對高速電機風摩損耗的影響,并通過降速實驗進行了驗證;通過建立轉子渦流損耗模型,分析了轉子的護套形式以及材料對轉子損耗的影響;基于傳熱學的理論,建立了電機的溫度場模型,分析了流體流態(tài)對氣隙內散熱系數(shù)的影響,以及不同護套材料下電機溫度場的不同。首先,分析了高速電機中流體的控制方程。然后根據(jù)空氣軸承高速電機流場的特點,對其中的流體場流態(tài)進行分析,并根據(jù)不同流場作用機制,將定轉子氣隙內風摩損耗分為切向與軸向兩部分。通過計算流體力學的方法對風摩損耗進行計算分析,將其結果與現(xiàn)有的風摩損耗經驗公式作比較,結果相一致。其次,分析得到了定轉子氣隙內轉子轉速,外徑,氣隙長度以及氣隙邊界條件對風摩損耗的影響規(guī)律。然后,根據(jù)流場模型,計算了空氣軸承內不同偏心率下的壓力速度分布,研究了徑向軸承和止推軸承內風摩損耗的影響因素。而后,通過降速實驗分離得到電機內的風摩損耗,與計算值相比較,分析兩者間的誤差驗證計算模型的準確。而后,對所要研究的電機中轉子渦流損耗進行分析。建立了永磁電機轉子渦流損耗的計算模型,分析了轉子側諧波的影響因素。并研究了載波比,轉子分塊,護套形式、材料以及氣隙長度對轉子渦流損耗的影響。最后,基于流體場的分析結果以及損耗的計算對高速電機中的溫度場進行研究。分析了電機內各部分散熱系數(shù)的計算,對定轉子氣隙內的轉子表面散熱系數(shù)進行研究分析。在電機中建立流體場與溫度場耦合的模型,研究了護套材料對電機溫度場的影響。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM355
【部分圖文】：

a) Westwind 空氣軸承高速電機 b) Loadpoiat 空氣軸承高速電機圖 1-1 空氣軸承高速電機目前轉子渦流損耗有這樣兩種方法可以計算，一是針對某種特定的電機轉子域的材料以及物理屬性推導渦流損耗的解析表達式，二是采用有限元法轉子渦流密度，進而得到總的轉子渦流損耗。高速永磁電機轉子磁極多采用釹鐵硼這樣的高能量稀土磁體，這些永磁著較高的矯頑力和剩磁，但是導電率較高帶來了轉子損耗大，并且這類永磁體穩(wěn)定性較差，與鐵氧體相比對工作溫度的要求更高。再加上高速電機中散熱條好，這類電機容易引發(fā)永磁體退磁，并進一步影響電機的正常工作，惡化電機能。因而要在設計時避免出現(xiàn)轉子溫升過高，得到準確的永磁體渦流損耗。另由于高速電機中較高的轉速，而永磁體無法承受這樣的離心應力，需要護套以保護永磁體。護套的材料一般采用不導磁合金鋼或者碳纖維。不導磁合套由于電導率較高，護套內會形成額外的渦流損耗；而碳纖維綁扎護套中，雖導率很小，對轉子渦流損耗沒有影響，但導熱性較差，惡化了轉子的散熱性能為了準確計算轉子渦流損耗，國內外的學者嘗試通過建立電機的電磁場理想化邊界條件，利用解析的方法來計算轉子渦流損耗。

內容基于靜壓軸承形式的高速電機。本章對電機內的流場的風摩損耗以及影響規(guī)律。的內容可以知道電機的流場內風摩損耗包含定轉子氣隙內損耗，而定轉子氣隙內的風摩損耗又包括有軸向流動產生形成的損耗。這樣，總的風摩損耗可以表示為：wind r jy zt axP P P P P定轉子氣隙內切向的風摩損耗（W）；兩個徑向靜壓軸承內的風摩損耗（W）；靜壓止推軸承內的風摩損耗（W）；氣隙內軸向流動的風摩損耗（W）。軸承內流場與氣隙內流場結構以及具體的邊界條件差異較，氣隙長度在毫米級，而在靜壓徑向軸承和止推軸承中，氣別，且靜壓軸承內流體壓力大于大氣壓強，所以流體的流動因而分別建立定轉子氣隙，徑向軸承以及止推軸承的流體摩損耗影響規(guī)律。 3-3 為針對不同的流場環(huán)境建立的模型。

圖 3-2 徑向軸承流場模型 圖 3-3 止推軸承流場模型表 3-1 模型的尺寸模型標號 半徑 r（mm） 氣隙長度 （mm）1 22.5 0.52 32.5 0.53 52.5 0.54 72.5 0.55 92.5 0.56 22.5 0.257 22.5 0.758 22.5 13.2.1 轉子轉速對風摩損耗的影響對這些模型不同轉速下進行仿真求解其風摩損耗。圖 3-4 和 3-5 顯示了不同速下模型中的風摩損耗。圖中可以看到速度越高，壁面剪切力越大，轉子表面摩系數(shù)越大，風摩損耗隨之提高。。25022.5mm

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本文編號：2819686