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飞轮电池是具有效率高、寿命长、功率密度大及充放电时间短等诸多优越性能的现代储能装置,在电动汽车、新能源发电以及航空航天等众多领域具有广泛的应用前景。单绕组磁悬浮开关磁阻电机(Single-Winding Bearingless Switched Reluctance Motors,SWBSRM)因其拓扑结构简单、控制灵活、集成度高等优点,适用于飞轮电池。作为飞轮电池机电能量转换核心部件,SWBSRM直接影响飞轮电池的性能及使用效率。而由于飞轮电池用SWBSRM工作于真空环境下,散热条件苛刻,温升幅度高,影响电机运转时的安全性和稳定性。故SWBSRM的损耗与温度场研究计算对提高飞轮电池的可靠性和延长使用寿命具有重要意义,主要工作内容有:(1)分析了SWBSRM的工作原理,采用虚位移法建立了电机的数学模型,并推导得到SWBSRM主体尺寸与基本尺寸设计方程,确定电机的初始设计参数;利用Ansoft有限元软件搭建二维(2-D)模型,并分析了SWBSRM的基本电磁特性,验证SWBSRM的初始参数满足设计要求。(2)介绍了铁损的经典计算模型,为分析铁损,通过时步有限元仿真得到定、转子铁心典型位置的磁密变化规律。根据模型计算铁损,并通过有限元(FEA)验证计算结果,给出了不同转速下解析法与FEA的铁损变化规律。最后对电机的铜耗、机械损耗与杂散损耗等损耗热源进行计算,为后续温度场分析奠定基础。(3)基于SWBSRM的拓扑结构和电磁特性,在对电机作一系列合理假设的基础上,搭建三维(3-D)温度场模型并给出求解域的边界条件,利用磁-热单向耦合方法对SWBSRM分别在高真空与自然风冷工作条件下的温度场进行分析计算,得出电机各主要部件在不同条件下的温度变化规律。研究表明高真空条件下电机温升幅度大,超过温升限值,不利于电机长期稳定运行,需对高真空条件下的散热予以重视。(4)分析得到SWBSRM主要结构参数对温升与径向悬浮力的影响规律,确定对电机性能影响较大的结构参数作为优化变量,以提升平均转矩与效率为优化目标,悬浮力为约束条件采用遗传-粒子群算法(Genetic-particle swarm optimization,GPSO)对电机作优化设计。并对优化后的SWBSRM电磁性能与温度场进行验证,研究表明优化后的电机各项性能均有所提高,各主要部件稳态温度均有所下降,验证了优化参数的正确性,为飞轮电池用SWBSRM设计提供有益参考。