高速无轴承永磁同步电机电磁场分析：基于场路耦合时步有限元法

本文主要探讨了基于场路耦合时步有限元法的高速无轴承永磁同步电机的电磁特性分析。无轴承永磁同步电机由于气隙磁场的复杂谐波关系，传统上在高速运行时难以实现稳定悬浮。作者首先对电机的悬浮控制机制进行了深入研究，通过对静态气隙磁场分布的分析，利用傅里叶变换，对比了不同永磁体磁化方式（如整体或分块结构）对气隙磁密和高次谐波的影响。研究结果表明，采用分块结构的永磁体可以有效地减少高次谐波，从而改善电机的悬浮性能。 接着，作者运用参数化有限元法，对电机的悬浮力与悬浮绕组电流之间的关系进行了数值计算，揭示了电流调控对电机悬浮状态的关键作用。在瞬态磁场分析方面，作者针对一台转速高达12000转/分钟、输出功率为4.3千瓦的无轴承永磁同步电机，运用了先进的场路耦合时步有限元法。通过这种方法，他们模拟并计算出了定子绕组在空载情况下的反电动势波形，验证了电机在高速下悬浮控制机理的有效性。 最后，该研究结合实验数据对理论分析进行了验证，确保了所提出的电磁分析方法的正确性和实用性。论文的重要贡献在于提供了一种有效的工具来理解和优化高速无轴承永磁同步电机的电磁行为，这对于电机设计和控制技术的发展具有重要意义。整个研究过程体现了作者对电机工程深入的理解以及在有限元法等数值模拟方法上的娴熟应用。