● 摘要
永磁电机具有结构简单、无励磁损耗、效率高等优点，适宜用于高速电机。定子铁耗会影响电机性能，转子涡流损耗及其引起的温升是导致永磁体过热退磁的重要因素，因此降低损耗是高速电机的研究方向之一。本文以一台小型高速永磁无刷直流电机为基础，针对降低高速电机定子和转子损耗的问题进行了研究，相应的提出了新型高速永磁电机的优化设计方案。本文主要进行了以下几个方面的研究：1) 结合软磁复合材料的最新研究进展，从原理上分析了采用新型软磁复合材料SMC Somaloy 700作为电机定子铁心材料对降低电机定子铁耗的作用。 2) 对基于Bertotti 分立铁耗模型的不同定子铁耗计算方法进行了研究。根据时步有限元模拟结果，得出了定子内部不同位置的磁通密度波形，并以此为依据选择了一种准确而高效的定子铁耗计算方法，为计算定子铁耗打下基础。3) 分析了定子铁心采用新型软磁复合材料以及传统硅钢片时的铁耗，以验证新材料在降低高速永磁电机铁耗方面的作用。以建模、仿真和分析为基础，对所研究的新型高速永磁电机的定子进行了优化。4) 从原理上分析了永磁体护套和铜屏蔽环对降低电机转子涡流损耗的作用。通过时步有限元模拟，研究了永磁体护套的有无及其材料、铜屏蔽环的有无及其厚度对转子涡流损耗的影响。以计算结果依据，对电机的转子结构提出优化方案。5) 从损耗和电机性能两方面，对新型高速永磁电机的设计优化方案进行了验证。本论文针对高速永磁无刷直流电机的定子和转子进行了优化设计，对降低电机损耗、降低温升和提高电机效率具有重要意义，具有工程应用价值。