PDF《一种双转子电磁热机及其磁场和涡流分析》

第17 卷第5期2013 年5月电机与控制学报ELECTRIC MACHINES AND CONTROL Vol.

17 No.

5 May

2013 一种双转子电磁热机及其磁场和涡流分析 杜海, 张鹏, 曲延滨 ( 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院,黑龙江 哈尔滨 150001) 摘要: 为了提高传统的单转子电磁热机永磁体的利用率, 增加热机的致热功率, 提出一种双转子 电磁热机.介绍了该热机的基本结构及工作原理, 建立了该热机的二维简化求解模型, 在此基础上 给出了二维电磁场方程, 并得出该热机的致热功率及涡流解析模型.基于有限元求解方法, 分析了 该热机的磁场及涡流分布特点.比较了双转子热机与单转子热机在不同转速下的致热功率及传热 管道内的磁场分布.有限元分析的结果表明, 采用双转子结构设计的热机, 致热功率明显提高, 同 时定子传热管道中可获得高强度且近均匀分布的交变磁场, 有利于传热水媒质的磁化效应. 关键词: 涡流损耗;

有限元分析;

双转子;

旋转磁场;

磁化效应 中图分类号: TM

502 文献标志码: A 文章编号: 1007- 449X( 2013) 05- 0051-

06 Dual- rotor electromagnetic heat engine and its magnetic field and eddy current analysis DU Hai, ZHANG Peng, QU Yan- bin ( School of Electrical Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China) Abstract: A dual- rotor electromagnetic heat engine is proposed to raise the utilization rate of permanent mag- net and thermal power of traditional single- rotor heat engine, and the fundamental principles and configuration are introduced. Based on a simplified model, the two- dimensional electromagnetic field equations were given, and therefore the mathematical model of the thermal power and eddy current was obtained. The distribution of the magnetic field and eddy current of the heat engine was studied by using finite element analysis( FEA) . At different speeds, the power and the distribution of the magnetic field of the dual- rotor heat engine were com- pared with single- rotor heat engine. Finite element analysis results reveal that the dual- rotor heat engine has the superior characteristics of high output power, and is more beneficial to magnetization because of the high intensity nearly uniform magnetic field in the heat exchange pipe of stator. Key words: eddy current loss;

finite element analysis;

dual- rotor;

rotating magnetic field;

magnetization effect 收稿日期:

2012 -

05 -

04 基金项目: 国家自然科学基金( 51207031, 51177022) ;

山东省优秀中青年科学家科研奖励基金( BS2011NJ002) 作者简介: 杜海( 1979―) , 男, 博士研究生, 研究方向为基于旋转电磁效应海水淡化技术;

张鹏( 1978―) , 男, 副教授, 硕士生导师, 研究方向为海水淡化技术及膜材料;

曲延滨( 1961―) , 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为风力发电控制技术及电力电子与电力传动. 通讯作者: 曲延滨

0 引言电磁感应加热具有电热转换效率高、 适用范围 广, 非接触性等优点.然而针对流体加热的电磁感 应加热装置, 与其他加热装置一样, 都存在易结垢、 易腐蚀等问题, 影响传热性能, 并存在事故隐患. 传统的电磁感应加热装置都是利用感应线 圈等电磁 转换设备, 将电能转换为热能.近年来, 我国的程树康等人从传统旋转电机机电能量 转换理论的反问题出发, 提出一种新的电磁感应 加热方式, 并研制出了旋转电磁热机.该热机能 够以风机、 水轮机、 电动机等动力机械能作为能 量输入, 通过旋转耦合磁场作用, 完全转换为涡 流损、 磁滞损及机械杂散损耗等, 即全部转换为 热能 [1 - 2] .除具有传统热机的热效应外, 还能够 通过对水媒质的磁化作用, 具有抑垢、 缓蚀功能. 作为一种纯物理方法, 利用磁场除垢、 缓蚀可减 少或替代化学试剂的使用, 节约成本并减少环境 污染 [3 - 5] . 现有的单转子电磁热机只能在定子一侧感应 致热, 为增加致热功率及传热效率, 本文在综合以 上研究的基础上, 提出一种双转子电磁热机.针 对该双转子热机, 建立二维电磁场方程, 给出致热 功率及涡流解析模型.通过有限元分析, 求解并 比较双转子与单转子结构的热机的致热功率及定 子传热管道内的磁场分布, 证实其设计合理性及 可行性.