Due to its compact structure and high torque density, axial flux permanent magnet machine (AFPMM) has drawn much attention from researchers, and is widely used in compact space such electrical vehicles, flywheel energy storage system, ship and aero-propulsion system. However, there are still remaining some problems at the design and analysis stage because of special 3-dimensional magnetic features. More specially, the analytical approaches for permanent magnet machines have to assume the magnetic core has an infinite permeance and ignore the end effects, the eccentricity conditions and heat transfer coefficients (HTFs) for AFPMMs are complex and hard to explore. In order to solve the problems mentioned above, the sub-domain model based on harmonic theory is developed to consider the end effects and non-linear magnetic material, and the axial-radial transformation theory is adopted to investigate the eccentricities, which is more straightforward and simple. Moreover, the HTFs for different structures are fitted by computational fluid dynamic model. This research has a significant value on fast and accurate magnetic field calculation and magnetic-thermal optimization, which will be the foundation of the widespread application for AFPMM in industries.
轴向磁通永磁电机因结构紧凑、转矩密度高而备受关注,在电动车辆、飞轮储能系统、船舶与航空推进等空间紧凑场合有广泛的应用前景,但自身的三维结构给轴向磁通永磁电机的设计与分析带来较大困难。本项目针对当前轴向磁通盘式永磁电机解析计算方法无法考虑饱和与端部效应、偏心情况复杂及其散热系数难以探寻的问题,拟开展轴向磁通盘式永磁电机磁场精准解析计算理论与流热演变机理的研究。本项目将建立计及铁磁材料非线性与端部效应的谐波子域模型,提高快速计算的准确性;通过轴-径向转换理论,降低轴向磁通永磁电机偏心计算复杂度;同时,基于计算流体力学的散热系数拟合工作将为轴向磁通永磁电机磁热综合设计奠定坚实的基础。通过本项目的开展,将为轴向磁通永磁电机的快速、准确的设计与优化奠定坚实的理论和应用基础,促进其更快、更好地应用于国民生产与生活中。
轴向磁通永磁电机因结构紧凑、转矩密度高而备受关注,在电动车辆、飞轮储能系统、船舶与航空推进等空间紧凑场合有广泛的应用前景,但自身的三维结构给轴向磁通永磁电机的设计与分析带来较大困难。本项目针对当前轴向磁通盘式永磁电机解析计算方法、端部效应、偏心情况等问题开展研究。成果包括:本项目首次推导得出了直角坐标系下的谐波子域模型,该算法可有效的考虑铁心非线性与饱和情况,提高了解析计算的精度。提出了一种直角-极坐标系转换的计算理论,该方法可将轴向磁通永磁电机转换为径向磁通永磁电机计算,提高了计算的灵活性。进一步,基于轴-径向电机转换,对轴向磁通永磁电机复杂的偏心情况进行了转换分析,提供了一种全新视角。完成了永磁电机端部效应的研究工作,进一步拟合形成了通用公式,有效考虑了端部效应,提升了计算精度。针对磁浮轴承的偏心,计及控制侧的影响因素,构建了谐波子域与磁网络的混合模型,提高了极限偏心情况下电磁力的计算精度。成功将电磁场的谐波子域计算理论应用至热计算中,对一台径向永磁电机进行了建模、计算与验证工作。.依靠本项目的支持,发表SCI高水平期刊论文7篇。申请发明专利2篇,协助培养研究生2名,博士生2名。本项目的研究成果完善了轴向磁通永磁电机计算领域的相关理论,为轴向磁通永磁电机偏心情况的计算与分析提供了有益思路。
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数据更新时间:2023-05-31
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