铜转子三相异步电动机温度场流场耦合分析

研发了一台应用在石油顶驱钻井设备的强迫风冷铜转子三相异步电机,首创了无机座设计、定子铁心轭部开通风孔、定子绕组端部环氧树脂密封、采用焊接铜条鼠笼转子等关键技术,满足了电机在频繁起停、过载、盐雾等工况下,对电机温升的苛刻要求。建立了温度场流场流固耦合模型,分析了电机额定负载工况下的各零件稳态温度分布以及瞬态温度随时间变化趋势。仿真计算和温升试验结果表明,沿电机的轴线方向,中后段位置温度较高,没有局部过热点。试验验证了建立的温度场流场耦合模型和仿真结果的合理性,温升满足电机H级要求。在耦合模型的基础上,分析了风道入口压力和定子铁心通风孔径变化对电机温升的影响,为改进电机冷却结构提供理论基础。     

基于多目标粒子群算法的异步起动永磁同步电机优化设计

为了降低牵引电机绕组温升及改进电机外风路的流动效率,以1台机车用永磁同步牵引电机为例,根据电机实际尺寸,建立了电机外风路及定子铁心及绕组模型。基于计算流体力学（CFD）原理,数值模拟了电机外风路流场,计算出电机外风路在不同定子通风孔下的流动情况,并对定子铁心及绕组进行流热耦合计算分析,计算并分析得到了定子通风孔的最佳设计方案,为该型电机定子通风孔的设计提供了参考。     

皮带机直驱永磁电机设计和温度场计算

针对皮带机用直驱永磁电机存在的温升过高的问题,对皮带机直驱永磁电机的电磁设计、计算模型、损耗计算、温度场计算等方面进行了研究。利用ANSYS软件对永磁电机绕组铜耗、铁心损耗和涡流损耗进行计算,设计了电机水冷系统,通过Fluent对永磁电机三维模型进行稳态温升计算,获得了电机关键部分的温度场分布,最后进行样机的温升实验。研究结果表明,采用场路耦合方法能够准确计算电机损耗,采用三维稳态温度场仿真所得数据与样机实验数据吻合良好,求解方法正确,可为直驱电机的设计提供一定的参考。     

家用高压清洗机风冷串激电机流场分析及流固耦合传热研究

针对家用高压清洗机风冷串激电机定子绕组温升过高的问题,以一台HC8840F单相风冷串激电机为研究对象,建立电机全域三维流固耦合传热模型。在此基础上,使用流固耦合传热计算方法模拟获得串激电机内部流场及温度场,并搭建试验平台,通过不同工况下样机定子绕组的温升试验验证串激电机三维流固耦合传热模型的合理性。在模型验证的基础上,分析了风冷系统流场和温度场的分布规律,为结构优化设计指导方向。此外,从降耗设计的角度出发,研究了风冷系统中后端离心风轮对电机内流场与温度场的影响。仿真结果表明,内部导风轮的设置改善了气流流动,能使定子绕组平均温升降低了3.3 ℃。     

同步电机温度场数值计算与分析

应用电机温度场的数值计算方法，对同步电机定、转子中的温度场分布作了分析，给出了额定工况下定子、转子铁心和定子、转子绕组中的温度场分布图。文中还对不同条件下转子区域的温度场分布作了研究，结果表明，采用励磁绕组直接绕在极身上的整圆冲片式转子取代分离式结构转子，对降低电机中的温升是有益的。     

永磁直驱风力发电机瞬态温度特性研究

采用有限元法对大功率永磁直驱风力发电机定子三维瞬态温度场进行计算,得到了电机定子温度场。对发电机进行了型式试验,测试结果与计算的稳态结果较为接近,验证了计算的准确性。结果表明,电机在额定工况下,温升稳定后端部绕组温度高于中间绕组,最高温度点在背风侧的端部绕组,最高温度与平均温度相差16 ℃左右。将实际风场的风资源数据作为外界条件,对永磁直驱发电机一定时间跨度的瞬态温度进行计算,结果与SCADA系统采集的风力发电机运行数据较为接近,为绝缘系统设计和电机的优化提供了参考。     

电梯曳引PMSM三维暂态温度场的数值计算与分析

针对电梯曳引交流永磁同步电机的特殊结构,根据传热学理论建立其电磁稳态运行条件下的三维暂态温度场的计算数学模型,给出求解域内的基本假设及相应的边界条件,根据电磁场计算,确定定子铁心与磁极区域的损耗热源分布.以某型曳引电机为例,应用有限元法计算了电机定转子额定电磁稳态工况下温度场的同时,也对电机短时过载情况下的温升进行了分析,通过把温度场数值计算的结果与实测数据相对比,验证了所建模型的合理性,为电梯曳引交流永磁同步电机的温度场计算提供了参考依据.     

3 MW空-空冷双馈风力发电机内部流动与传热特性的数值模拟与试验研究

为更好地指导电机设计,以一台3 MW空-空冷双馈风力发电机为研究对象,基于流体力学及数值传热学理论,结合空-空冷却器和发电机模型,搭建了三维流动与传热耦合求解的物理模型和数学模型。依据基本假设和边界条件,采用Fluent软件对电机在额定工况下的稳态三维流场和温度场进行数值求解。通过电阻法和埋置检温计(ETD)法测得电机在额定工况下绕组的平均温升和最高温升。通过对比数值结果和试验数据发现误差在5 K之内,验证了数值方法的正确性。最后,对电机流场和温度场分布进行数值模拟,对电机18档通风道内流量进行数值计算,为新产品电机设计和优化提供支撑。     

基于PCB绕组的盘式永磁同步电机温度场分析与冷却方式研究

盘式无铁心电机通常体积比较小,功率密度高。定子绕组采用印制电路板结构(printed circuit board,PCB)的盘式无铁心永磁同步电机,其温升直接影响着PCB基材和永磁体的性能。文中以基于PCB绕组的盘式无铁心永磁同步电机为研究对象,根据传热学原理,建立电机三维温度场计算的数学模型。采用有限元法对电机进行了温度场仿真分析,研究电机的发热以及电机各部件的温度情况。通过与实验数据对比,验证了所建模型的合理性和计算结果的准确性。最后通过增大电机机壳与PCB定子的接触面积研究电机温度的变化,优化了电机温升,为基于PCB绕组的盘式电机冷却方式的研究提供了一些参考依据。     

绕线方式对永磁同步电动机温度场的影响分析

定子绕组铜耗是引起电机温升的主要原因之一,绕组绕线方式的不同产生的绕组铜耗不同,进而对电机温升的影响不同。为研究绕线方式对永磁同步电动机温度场的影响,以单层同心式绕组和双层叠式绕组为例,采用Ansoft软件建立了两种绕线方式的永磁同步电动机模型并仿真计算电机铜耗和铁耗,利用Ansys Workbench软件仿真计算了两种绕线方式的电机温度场,通过对比温度场结果数据,得出在额定载荷下双层叠式绕组对永磁同步电动机温升影响较大。     

高温超细长潜油永磁电机温升研究

潜油电机槽满率低、振动大,增大了绕组绝缘损坏的风险。为此,提出一种定子模块组合式潜油电机(MCSPMM)结构,能够有效增大电机的槽满率,减小电机振动。但在高温高压的工作条件下,需要对这种特殊结构电机的温升进行进一步设计和校核。由于实际工况下电机温升测试困难,为了确保电机运行的稳定性,对超细长潜油永磁电机的温升进行了研究。其发热量可用热负荷进行近似考量并用有限元进行了验证,计算极限工况下电机的温升分布,为超细长MCSPMM的设计提供重要依据。     

高速永磁同步电机冷却系统优化分析

针对高速永磁同步电机的温升问题,以一台65 kW,12000 r/min电机为例,基于流体力学和传热学基本理论,采用CFD温度场仿真,对电机水冷结构的导热热阻对其散热性的影响进行分析,并提出在电机定子与水套之间填充导热硅脂以减小接触热阻的优化方案。通过样机实验测试,验证了该方案的可行性,为电机的冷却优化设计提供了依据。     

考虑铁心饱和的内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算

准确分析电机结构以及磁饱和等因素对气隙磁场分布的影响是永磁电机设计、优化的关键。以分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(FSCW-IPMSM)为研究对象,根据磁路分析方法和FSCW的分布规律,分别得到了考虑转子磁桥漏磁的空载永磁磁场解析模型和电枢反应磁场的解析表达式。考虑到定子齿槽结构以及转子内部永磁体分布,利用相对气隙磁导,将定子开槽和转子凸极对气隙磁场的影响考虑在内。重点结合定子铁心材料的B-H磁化曲线、定子铁心局部磁饱和特性引入铁心等效磁阻与动态磁导率来考虑定子铁心磁饱和对负载气隙磁场的影响。最后,有限元仿真和样机试验结果验证了理论分析的准确性,为该类电机的电磁设计和性能分析提供了理论基础。     

车用液冷机壳电机定子绕组热性能直接设计法

电动汽车驱动电机极力追求高密度轻量小型化,不断推进电机的冷却散热与热传导技术的进步与发展。为此,开展车用驱动电机的电-磁-热一体化设计方法研究,通过构建一种工程化定子热路模型提出了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数,并直接融入电磁设计中,强化热性能设计的同时也弥补了传统电磁设计热负荷AJ值评估热性能的缺陷。通过快速评估电机的热传导能力和绕组温升,可评估比较不同设计方案的热性能,得到电-磁-热一体化设计的最佳解决方案,从而提升电机持续运行的输出转矩。采用定子绕组热性能直接设计法,改进设计了一台液冷机壳车用永磁同步驱动电机样机,显著降低了定子绕组温升。样机温升试验验证了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数评估热性能的有效性。     

高精度盘式永磁电机温度分析与研究

以高精度无槽盘式永磁电机为研究对象,建立了电机三维电磁仿真模型。详细分析了该电机反电动势和转矩特性,避免由高次谐波引起的定、转子及永磁体涡流损耗,有效改善了电机的热性能,为进一步研究打下基础。建立了三维温度场仿真模型,分析了热源分布和传热过程,计算了电机在自然散热条件下温度的稳态分布。最后通过电机温升试验,验证了理论分析的正确性与合理性。     

全封闭扇冷式电机三维全域稳态温度场计算

为研究全封闭扇冷式(totally enclosed fan-cool,TEFC)感应电机额定负载运行时的温度场,以一台55 k W异步电机为例,运用等效方法对电机实际结构进行简化处理,通过绝缘等效手段建立了实际绕组等效模型,进而建立了电机温度场仿真计算模型,基于导热学基本定律及稳态热传导方程,采用有限元法对其进行稳态温度场计算。计算过程中,通过采用电机内冷却介质等效导热系数的方法解决了转子旋转以及电机内空气流动的问题;得到了电机各结构件的温升分布特性;对定子铁心不同位置的温升情况进行了细致研究,分析了转子内部温升分布情况,并对单根绕组的温升以及绕组周向的温升差异进行了数值分析,对样机进行了实验测试,将计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性。     

矿用集中绕组永磁电机新型冷却方式设计研究

为了进一步提升矿用集中绕组永磁电机的功率密度和散热能力,提出一种冷却水管与绕组并绕的新型绕组冷却结构。以一台315 kW集中绕组永磁电机为例,首先,通过合理的等效与假设,建立了电机的三维模型,基于计算流体力学（CFD）方法对电机进行温度场分析。其次,分析了不同的并绕方式以及相同并绕方式下不同的进水口进水速度对电机散热的影响,确定了最优散热方式。仿真分析表明冷却水管与绕组并绕的方式有效提高了散热能力。     

高速机车牵引电机定子绕组匝间电压分布特性的仿真研究

基于JD116型变频牵引电机,建立定子槽模型,通过有限元分析定子槽的电磁场计算绕组分布参数值;利用MATLAB仿真软件建立变频调速牵引电机定子绕组高频等效电路模型,探讨了电机定子绕组匝间电压的分布特性.仿真结果表明,增大输入脉冲电压的上升沿时间、减小等效匝对地电容和绕组自感可以改善绕组匝间电压的分布.该结果为变频牵引电机绝缘材料的选取、绝缘结构的优化设计提供了理论依据.     

地铁永磁牵引电机冷却风扇性能与气动噪声研究

根据自扇风冷型地铁永磁牵引电机对冷却效果和气动噪声抑制的平衡设计要求,对分别采用两款冷却风扇的某一地铁永磁牵引电机的冷却效果和气动噪声进行数值分析和试验研究。两款风扇的主要差别在风扇外径,风扇B的外径比风扇A小约23%。研究结果表明,与风扇A相比,风扇B在电机风道内引起的风量、静压和消耗功率分别降低29%、47.4%和53%。在电机额定运行工况下,流量降低使电机温升增加约9 K,其满足电机温升设计要求,而相应的气动噪声降低3.3 dB（A）,具有良好的降噪效果。     

一种轴向风冷结构对高速永磁电机转子温升的抑制研究

在变频器驱动方式下,高速永磁电机具有较大的转子涡流损耗,由于其转子的散热能力较差,易使永磁体温升较高,而发生不可逆失磁现象。采用机壳水冷结构可以有效地带走电机定子侧的热量,但是对于高速永磁电机的转子部位,水冷结构的冷却效果有限。以一台15 kW、30 000 r/min的高速永磁电机为例,设计了一种风、水混合冷却结构,基于流固耦合的计算方法分析了水速、风向以及不同风道截面积对电机永磁体部位温升的影响,并得出了相对的最优值。与仅采用水冷结构相比,增加该风冷结构可使永磁体温升降低了18.1 K,该结构可对大功率高速永磁电机的冷却系统设计提供一定的参考。