摘要
高速永磁电机具有功率密度高、运行效率高的特点，但随着电机转速和频率的升高，运行时会比普通电机产生更多的损耗和更大的温升，并且体积小，散热条件不好，转子永磁磁钢因温升引起退磁的恶劣故障，影响永磁电机的安全运行。因此，对电机进行优化设计，提高电机的运行性能，同时详细分析电机各部分的损耗，并结合冷却结构的流体场，分析电机的温升与温度分布情况，对永磁电机在实际工程中的安全运行具有重要意义。 首先，本文通过时步有限元的仿真计算，分别对四种充磁方式下的四极非晶合金高速永磁电机的基波磁密幅值和谐波含量的综合分析对比，选用了电磁性能更好的Halbach阵列+组合磁极充磁结构。优化设计了一台四极非晶合金电机和一台四极硅钢定子铁心永磁电机，使用Halbach与组合磁极相结合的转子磁极结构，基于田口法和正交试验对其永磁体的厚度、磁极中低磁能积磁块所占的角度、组合磁极中低磁能积磁块的Halbach充磁夹角以及低磁能积磁块的矫顽力这四个参数进行了优化设计。 然后，以50kW，48000r/min的四极非晶合金高速永磁电机为例，对电机各部分损耗的大小和分布情况进行分析计算。将电机损耗作为热源，对非晶合金电机的温度场进行了计算，得到了电机在额定工况运行时的温升情况。 最后，对使用周向螺旋型水冷结构的高速永磁电机进行有限元计算，分析了高速永磁电机的流体场以及不同冷却条件下的温度分布，并确定了合适的冷却水初始流速和初始温度。 本文的研究内容对于非晶合金高速永磁电机的设计及运行打了良好的基础。
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