高速永磁同步电机在多物理场和变流器约束下的设计

高速电机中多物理场是强耦合的,其影响是甚至相互矛盾的。因此,高速电机的设计受到多物理场的强制约。此外,变流器的电压和电流都受限,由此也制约了高速电机的设计。当电机功率较大时,所有这些约束变得更加显著,因此较难获得一个很好的优化设计方案。该文以一台350kW、13.5kr/min的大功率高速内置式永磁同步电机作为案例,阐述其设计方法与优化过程。针对不同工况,研究电机永磁磁链与绕组电感的匹配设计,以确保变流器的电压和电流限制均得到满足。之后,通过有限元的手段研究相关的电机设计要点,特别是考虑电磁特性、机械应力和动力学特性的转子拓扑结构;也通过计算流体动力学(CFD)手段研究电机的热性能。由此可实现完整的高速电机多物理场设计。