基于正交试验法的永磁同步电机散热系统数值模拟研究

新能源汽车的需求使得永磁同步电机(PMSM)向高功率密度方向发展,温升成为其中的一个关键问题,因此对散热系统的研究显得尤为重要。以一台额定功率30 k W的强制液冷PMSM为例,通过正交试验法,结合仿真软件的数值模拟,对电机散热系统性能及其影响因素进行研究。根据相关文献和工程经验,确定电机壳体材料、冷却管道结构、冷却介质和管道数目是影响电机散热效果的主要因素。通过对仿真试验结果的极差分析。确定电机散热性能影响因素的主次顺序,得出冷却介质对最高温度影响最大,冷却结构是对管道压降影响最显著的因素。最后从由结果分析给出了较好的方案组合。     

油冷电机定子冷却结构散热仿真研究

针对电机散热问题，新能源汽车所用油冷电机在定子内部建立冷却结构，引入油来直接冷却定子及绕组。而优化定子冷却结构可以提升电机散热性能来达到提高电机功率密度和效率的目的。定子内部和喷油环通入冷却油后，流动状态复杂多变，故采用计算流体动力学仿真方法，建立油冷电机三维CFD模型，对电机内部流场和温度场进行有限元计算和分析，得到内部流体流动特性和电机温度分布特性。并主要分析定子冷却结构的入油口结构和喷油环关键冷却参数对流场及温度场分布的影响，并加以优化。最终优化的方案相比于优化前的方案，可使电机温度降低5～10°C。试验结果进一步验证了冷却结构散热仿真的准确性，为油冷电机技术的应用和推广提供了有力支撑。     

高功率密度双驱动控制器开发与验证

针对新型混合动力机电耦合总成系统开发了一款高功率密度双驱动控制器。详细阐述了该控制器的结构设计方案,并对硬件电气原理和软件控制策略进行了介绍,提出了叠层式七通道的冷却设计方案,并通过有限元仿真对双驱动控制器的散热效果进行了热仿真研究。最后,通过制造样机对双驱动电机控制器进行了台架试验,试验结果表明,所设计的双驱动电机控制器具有高效的冷却效果和稳定的控制性能。     

基于正交试验法的新能源汽车电机热仿真研究

新能源汽车所用永磁同步电机,大功率、小体积的使用条件和严酷的工作环境对其散热效率要求较高,故电机需要优良的散热性能,从而提高电机的使用寿命和工作安全性。以额定功率为65 kW的液冷电机为研究对象,采用正交试验法,应用Ansys-Fluent软件进行电机温度场仿真,研究冷却介质、进口流速以及进口温度对电机散热性能的影响规律,确定电机散热性能影响因素的主次顺序,并由各因素水平的影响趋势,得出较优的水平组合。最后,在正交试验结果的基础上,进一步研究了冷却液进口流量对电机散热性能的影响。研究结果表明,较好的使用因素方案组合,可以提高电机整体散热效率。     

高压变频器功率模块相变散热研究

高压变频器功率器件的散热问题是制约设备性能、影响功率密度的关键.针对传统空冷和水冷散热方案存在的不足,本文展开蒸发冷却相变散热技术在大功率高压变频器上的应用研究.首先根据变频器功率模块的结构参数特点和热损耗计算,设计了高集成化的蒸发冷却冷板散热方案,并通过数值仿真和实验进行了验证.研究分析表明,相变冷板散热方案相比强迫风冷方案散热能将功率模块高度集成化,大幅提高体积功率密度;相比传统水冷板方案,相变冷板均温度均匀性更好,无泵实现自循环便于运维,且流量均匀性更好,更利于功率器件的安全稳定运行,另外采用的冷却介质具有绝缘性、安全性更高.     

电动汽车用高功率电机控制器设计与验证∗

针对电动汽车控制器高功率密度的要求,开发了一款高功率电机控制器.阐述了该控制器的结构设计方案和电气原理,并对硬件和软件的设计方案进行了详细介绍,提出了基于单面散热IGBT模块的高功率控制器设计方案,并针对该高功率控制器的散热效果进行了仿真研究.最后,对高功率电机控制器进行了台架试验,试验结果表明,所设计的高功率电机控制器具有良好的控制器性能和更高的功率密度.     

航空永磁电机风冷-热管复合冷却技术研究

针对无人机(UAV)用旋翼电机产热高但结构紧凑、散热困难的问题,设计一种新型风冷-热管复合冷却系统,介绍了冷却系统的设计思路并对其冷却性能展开研究.以一台无人机用外转子永磁电机为研究对象,采用仿真与实验结合的方法,首先评估电机风冷系统性能,建立电机三维全域流场仿真模型,分析不同转速下电机内部流场特征;然后以流场计算结果...     

一款单管并联电机控制器设计与验证

针对低成本纯电动汽车开发了一款单管并联电机控制器。阐述了该单管并联电机控制器的总体设计方案,并对该控制器的硬件和软件设计方案进行了介绍,提出了基于单管IGBT并联的电机控制器设计方案,并对立式水冷散热器进行了热仿真分析,研究了单管并联电机控制器的散热效果。最后,对试验样机进行了台架测试。从测试结果可以看出,所设计单管并联电机控制器具有良好的控制性能。     

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。     

强迫式循环蒸发冷却电机定子三维温度场仿真分析（英文）

强迫式蒸发冷却系统具有介质用量小、发热体温度分布均匀、温差小的特点,具有良好的应用前景。本文详细阐述了强迫式蒸发冷却电机定子三维温度场的仿真方法,介绍了边界条件的合理简化方法。经试验验证,本文所用仿真方法具有较高的可靠性及准确度。在此基础上,本文研究了两种不同的结构参数对强迫式蒸发冷却电机定子温度场分布的影响。     

基于多物理场的超高速永磁电机冷却系统设计及分析

为了解决超高速永磁电机转子散热困难的问题，提出一种有效提高转子散热能力的散热结构。首先，采用计算流体动力学(CFD)仿真方法计算一台15 kW、15 000 r/min水冷高速永磁电机的温升，将计算值与试验测得的数值进行对比，证明了CFD仿真方法的有效性。其次，通过孤立翼型法针对一台10 kW、100 000 r/min表贴式超高速永磁电机设计了同轴轴流风扇，采用流体场与温度场耦合的方法仿真分析了风扇叶片数量和叶片安装角对电机温升的影响，从而得到风扇叶片的最优参数，抑制转子温升的同时降低风扇的风摩损耗。最后，通过仿真分析对比自扇冷却与强迫风冷的冷却效果，结果显示风量相当的情况下自扇冷却的永磁体温升相对于强迫风冷降低了13.8 K左右。经过应力场分析，风扇符合安全运行要求。     

一款48 V BSG电机控制器开发与验证

针对轻型混合动力汽车开发了一款48 V带传动一体化起/发电机(BSG)电机控制器。阐述了该控制器的总体设计方案,对BSG电机控制器的结构、硬件、软件进行了分析,提出了基于功率MOSFET模块的风冷电机控制器设计方案,并对风冷散热板进行了热仿真,研究了MOSFET模块散热效果。最后,对试验样机进行了台架测试,由测试结果可以看出,所设计48 V BSG电机控制器具有良好的控制效果。     

基于定子全浸式及绕组内冷式的蒸发冷却永磁直驱风力发电机优化设计研究

为了充分发挥蒸发冷却技术在风力发电领域中高效的散热性能以及免维护的自循环特性，本文基于发电机定子全浸泡以及绕组空心导线内冷的两种散热形式，对一系列不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了优化设计研究，并对不同冷却技术路线下的电机优化设计方案进行了对比和分析。本文首先分析了不同技术路线下不同蒸发冷却系统各自所具有的特点及优势；之后基于电磁场和传热学理论建立了发电机电磁参数及温度场的分析计算模型，并基于冷却系统的结构布局分析了不同技术路线下发电机定子的传热特性；最后基于发电机电磁场和温度场的耦合分析建立了风力发电机的优化设计模型，通过多目标遗传优化算法，对2MW、5MW和10MW三种不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了以材料和成本为目标的电机系统优化设计。优化结果及对比分析表明，针对兆瓦级直驱式风力发电机而言，采用空心导线内冷式技术更具有设计成本和冷却性能上的优势，本文中的优化方法和策略可以为蒸发冷却永磁直驱式风力发电机的优化设计提供理论依据和设计基础。     

基于CFD的高速电机冷却结构设计与温度场分析

电机发热严重会加速绝缘材料老化，影响永磁体性能，冷却结构的合理设计可以提高电机散热能力，保证电机安全稳定运行。以一台40 kW、40 000 r/min高速永磁电机为例，设计了机壳螺旋型、轴向直槽型、径向Z字型、翅片式螺旋型4种水道。基于计算流体力学(CFD)理论从流动稳定性、压差、散热效果等多方面对4种水冷结构进行对比分析，揭示出最优冷却水道结构。设计了一种集成水冷和空冷混合冷却方式，通过对电机进行合理的简化和假设建立3D仿真模型，采用有限体积元法对电机进行热仿真分析，证实该冷却方式的有效性，为高速电机冷却结构设计提供一定参考。     

高速异步主轴电机的热分析与冷却结构设计

高速主轴电机是电主轴的关键核心部件,电机发热直接影响电主轴的加工精度和运行可靠性。以一台10万转主轴异步电机为例,对高速异步主轴电动机进行深入的热分析,设计高效的散热冷却结构,确保主轴电机的可靠平稳运行。确定主轴电机的主要热源,研究转子转速、转子表面粗糙度对主轴电机风摩损耗的影响规律;考虑旋转磁场和谐波对铁耗计算的影响,采用齿轭分区的有限元法提高仿真精度,分析电机铁耗的分布规律。基于流体力学对电机进行3D热仿真,对比主流的周向螺旋型和轴向Z字型两种冷却结构的冷却效果,确定高效的冷却结构设计方案,并进一步采用转子铁心开空气槽的设计方案,增加转子铁心与转轴之间的热阻,提高电机的散热能力,确保电机的转轴温升在安全范围内,最后校核转子结构的机械强度,保证主轴电机运行的可靠性。     

立式220kW两级异步三相电机冷却方案研究

异步电机的温升治理及冷却一直以来是电机设计中关注的问题。它影响电机的性能及运行的安全性、可靠性。在保证电机性能的前提下,对电机热负荷进行合理控制,可以有效提高电机绕组使用寿命进而提高机组使用寿命。因此,设计电机时选用合理高效的冷却方案尤为重要,以某型立式220kW两级异步三相电机为例,对电机冷却方案进行了研究,并利用流体仿真软件进行了温度场分析计算,对电机温升及冷却仿真设计有一定的借鉴意义。     

电动汽车用碳化硅控制器开发与测试

针对纯电动汽车对电机控制器的高功率密度需求设计了一款碳化硅控制器。阐述了该碳化硅控制器的总体电气原理设计方案,并对其结构、硬件、软件设计方案进行了详细的分析,提出了基于碳化硅MOSFET模块的碳化硅控制器设计方案,并针对该碳化硅控制器的散热效果进行了仿真研究。最后,对碳化硅控制器样机进行了台架测试验证,测试结果表明,所设计的碳化硅控制器具有良好的控制性能。     

基于流固耦合的磁悬浮透平膨胀发电机冷却与温升特性仿真研究

与常规电机使用风冷或水冷不同,有机朗肯循环磁悬浮透平膨胀发电机可采用有机工质直接进行冷却。有机工质冷媒和散热结构对发电机温升特性影响的研究是十分必要的。以一台磁悬浮透平膨胀发电机为例,从雷诺数、散热系数等方面比较有机工质R245fa、空气和纯水三种冷却媒介散热性能的差异。建立先考虑机壳-定子-绕组的热仿真模型,分析不同散热结构下发电机的温升以选取最佳散热方式。再基于流固耦合建立磁悬浮透平膨胀发电机的有限元模型,进行冷媒及电机散热结构的优化设计分析。     

基于自抗扰控制技术的多电机同步控制

对采用偏差耦合控制策略的永磁同步电机多电机同步控制进行仿真研究。引入自抗扰控制技术实现电机控制,各同步控制器的输出补偿负载转矩。考虑到电机实际运行中参数随温度发生变化,为进一步提高转速同步控制性能,采用模型参考自适应算法对电机参数进行在线辨识,结果用于在线修正自抗扰控制器结构参数。从理论上分析了扰动引起的误差收敛情况,仿真结果验证了整体方案的可行性,可以实现4台永磁同步电机的转速同步控制。     

电动车交流感应电机电流控制器设计方法

针对电动车交流感应电机控制,详细介绍了基于矢量控制的电流控制器设计方法和控制参数计算方法。同时为了提高调试效率,使控制器参数能够更快更好的匹配实际电机,本文基于交流感应电机数学模型,提出了一种采用公式计算的PI参数设计方法。最后通过对控制系统进行稳定性分析和simulink仿真,验证了所设计的电流控制器具有很好的稳态和动态性能。