[01334305]高性能高压自起动和高功率密度的永磁电动机热控制关键技术及应用

永磁电机系统作为动力系统和能源装备的核心部件,不仅广泛应用于风机、水泵、电动汽车、轨道交通等行业,而且在新能源、舰船电力推进系统等领域也获得了广泛应用,是当前各国在发展高新技术装备中重点研发的关键部件。 永磁电机系统虽然运行性能优异,但是在极端环境、高过载、高速以及有限空间内等运行,永磁电机有可能会出现严重的热损伤、热失磁等问题,轻者会导致永磁电机系统运行性能下降,重者会出现电机系统烧毁的重大事故,将直接威胁人身安全和国防安全。因此,本课题组经过二十多年攻关,在国家科技部、国家自然基金、北京市重点攻关等项目的支持下突破了严苛环境、复杂路况、特殊工况运行时永磁电机多项关键技术的瓶颈,取得了主要创新成果如下： 1、针对高压、大容量自起动感应电动机重载起动难而引发转子导条过热的断条故障、冲击电流大对局域内电网强冲击而引发相邻设备脱网等技术难题,建立了高压6000V-10000V永磁电动机电-热-流多物理场分析模型,提出了高压自起动永磁电动机多拓扑电磁优化设计方法,使起动转矩倍数由0.7倍提高到3.2倍,而起动电流倍数由6倍降低到5.2倍,解决了频繁重载起停状态传统高压大容量感应电动机起动性能差,短时过热及对电网冲击大的技术难题。 2、针对高压、大容量永磁电机定子绕组和转子局部过热难题,建立了风路--三维流场与温度场模拟数学模型和国内最大的3000kW级高压自起动永磁电动机试验平台,通过对电机多场的综合优化设计与分析,提出单向与多向混流式空冷系统,显著降低通风损耗和温度,效率提高1%-1.5%,攻克了困扰高压、大容量永磁电机转子永磁体温度高引起永磁体热退磁关键技术难题,运行性能超过国外同类产品。作为国内首台套315kW高压自起动永磁电动机,实现了单台电机年节约13.6万度电的良好效果。 3、针对电动汽车用永磁电机在复杂路况、严苛环境、多变运行工况所引起转子护套变形、脱套、永磁体热退磁等问题。建立了机械-电-热-控多场协同的数学分析模型,研制出适用于高速及高功率密度永磁电机的护套材料与结构,重量降低30%,并解决了转子脱套热变形和永磁体温度高而引起的热退磁问题,提高了电机的品质和整车的安全性。 产品的技术水平达到了国际先进水平,建设了国际领先的电动汽车用电机生产线,产品列入“国家超级工程”。产品已在宇通、北汽、广汽、吉利及钢厂等几十家大企业得到了推广应用,实现经济效益32.8亿元。 本项目获发明专利37项,发表SCI论文75篇,单篇高倍引133次。制定两项国家标准、两项行业标准。