全电飞机用高功率密度永磁同步电机研究

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1、硕士学位论文全电飞机用高功率密度永磁同步电机研究RESEARCHONHIGHPOWERDENSITYPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTORFORALLELECTRICAIRCRAFT罗雪芹哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM351学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文全电飞机用高功率密度永磁同步电机研究硕士研究生：罗雪芹导师：王骞副教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM351U.D.C:621.3Dissert

2、ationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONHIGHPOWERDENSITYPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTORFORALLELECTRICAIRCRAFTCandidate：LuoXueqinSupervisor：A.P.WangQianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2018Degre

3、e-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要全电飞机工作于高空，运行环境具有低温、低压、强光照、低湿度的特点，对流效果显著的特点。全电飞机空间有限，飞机结构紧凑，对用于螺旋桨驱动的永磁同步电机功率密度要求较高。此外，适用于高空飞行的螺旋桨驱动电机的驱动方式、功率密度、转矩密度、可靠性、效率、安装结构等有所要求，在电机设计过程中需在结构上做出适当调整，以适应电机的性能要求。本文针参照现有的全电飞机驱动电机特点，对高功率密度永磁同步电机做了如下研究：本文结合了电机的性能指标，对全电飞机对电机功率密度的要求

4、及尺寸的限制，对电机的磁路、绕组结构、极槽配合及电机参数进行了设计。设计了16极24槽、20极24槽和22极24槽三种极槽配合方案，三种方案基本尺寸参数一致。三种方案的功率密度均不低于4.59kW/kg，达到了高功率密度的要求。全电飞机高功率密度永磁同步电机的电负荷一般较大，电枢反应明显，电机齿槽转矩及电磁转矩脉动较大。为了减小电机的齿槽转矩，抑制电磁转矩脉动，文中从电机槽口宽度、槽口高度、永磁体形状的角度出发分析了各结构参数对三种方案的齿槽转矩及电磁转矩脉动的影响。考虑到充磁方向直接影响气隙磁密，文中以16极24槽配合为例，详细分析了平行充磁与Halbach充磁磁力线分布、气隙磁密、齿槽转矩

5、和电磁转矩的影响。较大的电负荷引起了明显的电枢反应，电枢反应产生的磁场空间谐波在永磁体中产生较大的涡流。较大的负载电流，驱动电机的损耗较为严重。针对电机在额定负载状态铁损及永磁体涡流损耗进行损耗理论分析及数值计算。文中分析了定子槽型、材料对铁损的影响，探究了永磁体圆周分段和轴向分段对涡流损耗的影响规律，为抑制永磁体涡流损耗提供参考。本文中给电机施加额定负载，电机损耗较大，产热较多。为了探究电机的内部温升是否在各材料的极限温升范围内，文中建立了电机三维瞬态温度场模型，确定电机热源分布，分析了电机热传导基本规律，给出了电机内各部分的等效热传导系数及电机端面散热系数的计算方法，计算电机内各部分的瞬态

6、温度场变化，确认其与极限温升的关系，确保电机可连续工作。关键词：永磁同步电机；高功率密度；转矩脉动；涡流损耗；温度场-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAllelectricaircraftworksathighaltitudewithcomplexworkingenvironment,lowtemperature,lowpressure,stronglight,lowhumidity,andobviousconvectioneffect.Allelectricaircraftwithlimitedspaceandcompactaircraftstructure.Higherp

7、owerdensityisrequiredforpermanentmagnetsynchronousmotorusedtodrivepropellers.Inaddition,therearemanyspecialrequirementsforthepropellerdrivenmotorwhichissuitableforhighaltitudeflight.Intheprocessofdesi