我們都知道的是，電機(jī)在機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)和動(dòng)力提供方面是很重要的，也是目前比較主流的機(jī)械驅(qū)動(dòng)設(shè)備。耐高溫風(fēng)機(jī)因?yàn)槟軌蛟跇O端條件下運(yùn)行而受到歡迎。最近永磁耐高溫電機(jī)的風(fēng)刮得很大，讓我們來看看永磁耐高溫電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的。
隨著永磁材料性能的不斷提高，特別是釤鈷永磁的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價(jià)格的逐漸降低以及電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)，由于交流永磁電機(jī)具有體積小、功率密度高、效率高、特性好、環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，故永磁電機(jī)在深空探測與開發(fā)領(lǐng)域已獲得越來越廣泛的應(yīng)用。耐高溫永磁電機(jī)是復(fù)雜的電磁系統(tǒng)，涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括以下方面。
1、電機(jī)多物理場分析方法
在低溫至高溫的寬溫區(qū)范圍、真空等航天惡劣環(huán)境下，永磁電機(jī)電磁參數(shù)變化很大，材料發(fā)生非線性變化，電磁場、溫度場、流體場、應(yīng)力場等各個(gè)物理場之間耦合關(guān)系更加復(fù)雜，在正常環(huán)境下可以忽略的多物理場耦合關(guān)系變得不可忽略，成為關(guān)鍵的技術(shù)難題 。電機(jī)的鐵心損耗、風(fēng)摩損耗、電機(jī)溫升不但與環(huán)境溫度和壓強(qiáng)密切相關(guān)，而且相互影響。在真空環(huán)境中，散熱條件特殊，與相毗鄰部件的形狀及表面屬性相關(guān)，熱輻射與表面溫度成非線性關(guān)系。真空至高壓強(qiáng)的變化影響應(yīng)力和材料特性變化，使得電機(jī)的多物理場建模難度增大。因此惡劣環(huán)境下永磁電機(jī)內(nèi)各物理場耦合關(guān)系非常復(fù)雜，研究各物理量和物理場的耦合關(guān)系及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律非常困難 。
永磁電機(jī)的多物理場分析方法以數(shù)值解析法和有限元分析為主。在數(shù)值解析方面，通用的建模方法有傳統(tǒng)矩陣法、鍵合圖法、聯(lián)結(jié)法、網(wǎng)絡(luò)法等 。鐘掘院士等提出了對(duì)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行全局耦合分析及耦合并行設(shè)計(jì)的基本理論 。賀尚紅教授等提出建立復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建模矩陣法，并建立機(jī)、電、液傳遞矩陣統(tǒng)一模型。文獻(xiàn)采用廣義控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)多場耦合數(shù)值仿真建立統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型，求解氣、熱、彈耦合的變域差分問題。介紹了多場耦合的節(jié)點(diǎn)映射方法，討論了場域內(nèi)載荷傳遞。
但是數(shù)值解析法在耦合建模和求解仍存在較多問題，由于假設(shè)條件和忽略因素過多，導(dǎo)致計(jì)算精度不夠。在有限元分析方面，眾多 CAD /CAE 軟件公司，如 Ansys、Flux、SIMULIA、UGS 等開發(fā)多物理場耦合計(jì)算工具，已應(yīng)用于航空聲學(xué)、磁流體力學(xué)、動(dòng)態(tài)流固耦合等領(lǐng)域，電磁計(jì)算的精度和效率逐步提高。2007 年英國創(chuàng)刊的 《InternationalJournal of Multi Physics》雜志每年召開多場耦合會(huì)議，重點(diǎn)關(guān)注數(shù)值模型、模型計(jì)算、實(shí)驗(yàn)調(diào)查，其中包括電機(jī)多物理場分析。
綜上所述，作為耐高溫風(fēng)機(jī)的一種具有革新性的種類，永磁耐高溫電機(jī)現(xiàn)在也正受到人們的關(guān)注。永磁耐高溫電機(jī)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)是需要一定的基礎(chǔ)的，包括線路和耐高溫電機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。我們能夠確定的是，永磁耐高溫電機(jī)一定能在未來占據(jù)重要地位。
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