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涡轮驱动高速永磁发电机的设计研究
| 论文题名： | 涡轮驱动高速永磁发电机的设计研究 |
| 关键词： | 汽车发电装置;高速永磁发电机;结构设计;复合护套;转子强度 |
| 摘要： | 高速永磁发电机体积小、效率高、转速高，可直接与涡轮等高速装置连接而不需要原动机传动轴驱动，节省齿轮变速装置，节省利用空间和提高效率，成为汽车废气涡轮驱动发电装置中机械能转换成电能的核心部件。 由于发电机的效率直接决定了汽车废气的利用率，高速永磁发电机单位体积内功率密度高，使得电机电磁负荷较高，针对传统永磁发电机设计方法中尺寸和结构等的选择应用于高速发电机并不准确。高速永磁发电机的设计是集电磁场、流体场、温度场、转子动力学等多物理场耦合分析的设计思路。本文以电机额定数据从转子所受离心力出发，确定转子最大外径。在定子材料的选择、定子槽形、槽数、绕组连接方式和线径等方面合理选择设计定子，同样对于转子永磁材料、永磁体结构与充磁方式、永磁体厚度、极对数、气隙长度等方面合理选择。用Bertotti铁耗模型解释定子铁芯损耗的机理，数值计算定子铁心损耗，分别对定子铜耗、风摩损耗、转子涡流损耗等计算和解释。基于场路结合的方法，对初选电机的参数优化，采用有限元对设计的高速永磁发电机进行2D瞬态仿真，分析平行充磁下空载反电势电压正弦波形畸变率，搭建外接电路，对比分析电机空载、负载下的气隙磁密并分析波形质量。基于弹性力学厚壁圆筒理论，对转子3D模型分别计算不同极限工况下的转子强度，得出转子强度随不同因素的变化规律;基于转子强度约束和弹性力学组合厚壁圆筒理论设计了转子复合护套结构，并对复合护套进行优化。研究结果表明，随着护套和永磁体厚度的变化，其所受的应力逐渐减小，永磁体切向应力由于静态过盈量的原因，先受压应力后由于旋转离心力的作用受到拉应力。在热态工况下，材料的膨胀使得永磁体与护套的接触力增大，转子各向应力均增大，安全系数最低，但是仍在材料的许用应力范围;复合护套的使用相同的镍合金护套，并平均分成0.4mm的两层情况下，转子强度与单层镍合金护套非常接近;在护套厚度减小20％时，转子涡流损耗减小11.5W，定子铁芯损耗虽略有增加，电机效率提高1.1％，利于散热。 |
| 作者： | 王文一 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 徐永明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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