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內(nèi)嵌式永磁電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱IPM)采用轉(zhuǎn)子沖片內(nèi)嵌磁鋼塊且磁極表面對(duì)稱分布的方式，不僅使電機(jī)反電勢(shì)波形得到優(yōu)化，而且有效地抑制了電機(jī)齒槽力矩和負(fù)載力矩?cái)_動(dòng)。由于電機(jī)存在軸不對(duì)稱，凸極效應(yīng)產(chǎn)生的附加磁阻轉(zhuǎn)矩將進(jìn)一步提高電機(jī)效率。由電機(jī)的磁路分析表明，經(jīng)過磁保護(hù)的磁鋼，其抗去磁能力增強(qiáng)，電機(jī)體積有效減小，功率密度得到大大提高。
經(jīng)過合理的強(qiáng)度分析與機(jī)械設(shè)計(jì)，相比采用普通瓦形或者環(huán)形磁鋼的電機(jī)，IPM電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)堅(jiān)固可靠，無需額外綁扎等其它加固措施，加工工藝簡(jiǎn)單，更適合高速弱磁運(yùn)行。因此，內(nèi)嵌式永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸靈活多樣且效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)。常規(guī)的高速IPM電動(dòng)機(jī)中，極靴由于遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心，將受到很大的離心力作用而產(chǎn)生嚴(yán)重的形變，而連接極靴的隔磁橋?qū)⒊惺軜O大的應(yīng)力。為提高轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，一般需要采取增加隔磁橋?qū)挾鹊拇胧﹣頊p小形變。但這使得電機(jī)漏磁大幅增加，電機(jī)性能下降。因此對(duì)于IPM電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子強(qiáng)度和應(yīng)力分析將是一個(gè)必要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。以高速運(yùn)行的IPM電動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，分析了電磁力與離心力、永磁體吸引力三種力對(duì)于轉(zhuǎn)子形變的影響。
常規(guī)的電磁及結(jié)構(gòu)有限元分析由于考慮上述三種類型的力的共同作用，涉及電磁場(chǎng)與結(jié)構(gòu)場(chǎng)的切換，導(dǎo)致流程復(fù)雜，計(jì)算量大。以下提出了一種靈活高效的簡(jiǎn)化模型分析法，該方法利用電磁有限元網(wǎng)格剖分，來計(jì)算轉(zhuǎn)子離心應(yīng)力，具有流程簡(jiǎn)單、計(jì)算量小的特點(diǎn)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法實(shí)用有效。
對(duì)于IPM電動(dòng)機(jī)性能的分析，有限元計(jì)算是一種有效的分析手段。其中電磁有限元可以得到轉(zhuǎn)子隔磁橋和極靴飽和的狀況及電磁性能，而結(jié)構(gòu)有限元可以分析隔磁橋部分的形變狀況。基于強(qiáng)度分析中結(jié)構(gòu)場(chǎng)與電磁場(chǎng)弱耦合性的特點(diǎn)，分析過程如下：先構(gòu)建電機(jī)有限元節(jié)點(diǎn)與單元模型，接著對(duì)該電磁模型進(jìn)行電磁力的計(jì)算和電磁性能的分析，最后將電磁模型分析的結(jié)果作為結(jié)構(gòu)分析中結(jié)構(gòu)場(chǎng)的邊界條件，進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)力計(jì)算及結(jié)構(gòu)分析。
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