盘式交流永磁同步电机温升影响因素研究

首先根据510 kW盘式电机的电磁设计参数以及热物性参数建立了三维温度场流场耦合模型,分析了额定工况下电机发热部件的温度分布,接着对样机进行了温升实验。针对温升实验电机温度偏高进行了改进性研究探索。主动降温方面,建立了三维轴向磁通电机模型,从铁耗理论模型和电磁仿真模型角度分析了不同牌号硅钢片,在空载和负载工况下,铁耗瞬态变化趋势。被动降温方面,基于建立的三维耦合模型,分析了入口流速、端盖材质、额定负载和过载对电机定转子最高温度影响。接着分析了不同水道模型、不同入口流速条件下,对壁面对流换热系数以及入口和出口压力损失变化规律。通过以上温升影响因素的分析,为后续盘式电机散热冷却改进设计提供理论依据。     

大功率盘式交流永磁同步电机温度场流场耦合分析

根据510 k W盘式电机的电磁设计参数及热物性参数建立了三维温度场流场流固耦合模型,分析了额定工况下电机发热部件的温度分布,接着对样机进行了温升试验。针对温升试验电机温度偏高进行了改进性研究探索,从主动降低损耗和被动降低损耗两方面,研究了影响盘式电机温升的因素。主动降耗方面,建立了等效的二维直线电机模型,从铁耗理论模型和电磁仿真模型角度分析了不同牌号硅钢片在空载和负载工况下,铁耗瞬态变化趋势。对于供电频率较高的电机,尤其在弱磁区,铁耗往往成为影响电机温升的主要因素,对于卷绕定子铁心,建议采用沿着卷绕方向易于磁化、高磁感应强度、低损耗的晶体取向超薄硅钢片来降低高频铁耗。被动降耗方面,基于建立的三维耦合模型,分析了水道不同入口流速对电机定、转子最高温度影响、额定负载和过载工况下的定子绕组最高温度随入口冷却液流速变化趋势,最后将端盖端面水道流体单独建模,通过以上温升影响因素的分析,为之后盘式电机热管理的改进设计提供理论依据。     

大功率永磁同步电机磁热耦合分析

本文以一台160kW永磁同步电机为研究对象,根据电机的结构参数在电磁仿真软件中建立了电机的有限元仿真模型,计算出电机在额定工况运行下的电磁场及铁耗和铜耗的分布情况。将三维模型导入到温度场仿真软件中并计算出各主要部分的体积,结合铁耗和铜耗的计算结果求出电机各主要部分的生热率,进而求出电机在额定工况下稳定运行后电机各部分的温度分布情况。在此基础上对电机进行温升实验,将两者结果进行对比,二者结果基本一致,证明磁热耦合仿真在分析电机内部温度场分布时准确性满足要求。     

基于 场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于ANSYS/Maxwell、Simplorer和MATLAB/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机（IPMSM）场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流（MTPA）和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。     

中型高压电动机暂态温度场分析及短时过载运行研究

针对中型高压感应电动机暂态温升难以准确计算的问题，以一台紧凑型中型高压感应电动机为例，采用电机内各物理场间强耦合与弱耦合相结合的多物理场三维动态耦合分析方法，对其暂态温升进行计算。根据电机内定、转子区域流-固耦合的特点，建立电机温度场与流体场的三维强耦合分析模型。利用电机动态数学模型、磁网络模型、集肤效应模型及流体网络模型对电机损耗、转速及入口流量等进行计算，并作为耦合边界条件实现与流-固耦合模型的瞬态弱耦合求解。模拟了电机起动过程中温度的变化过程，验证了研究方法的正确性。对短时工况不同负载条件下电机的温升进行计算，获取负载条件对电机温升的影响规律，为电机的短时过载运行提供依据。研究内容为中型高压电动机暂态温升的计算及保障电机多工况的安全运行提供了参考。     

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。     

兆瓦级高压感应电机转子发热问题研究

为研究兆瓦级高压电机在额定工况运行时发热与冷却问题,结合电磁场理论,建立该电机不同气息长度下二维瞬态模型,并分析电机工况下的电磁性能和电磁损耗规律。通过流体场与温度场耦合的方法,建立三维流固传热模型,并对与电机双侧轴流风扇周围的空气域建立旋转空气域模型,在计算流体力学理论的基础上,对电机温度场初始边界条件进行合理假设,通过对流固耦合仿真的得到在双侧轴流风扇下电机内部各个器件的温升规律,为验证文中仿真结果的准确性与有效性,对兆瓦级高压异步电机转子铁心侧温度进行实测,仿真结果与温度实测结果一致,为改善兆瓦级电机冷却性能,提高其散热能力提供了理论基础。     

车用驱动电机损耗温升分析与多目标优化

基于微型厢式货车用驱动电机的运行工况建立其各类损耗的分析模型,结合有限元软件对电机铜耗、铁心损耗、永磁体涡流损耗等进行计算,并进一步得到机壳水冷散热结构下的电机温度分布;计算结果与实验结果较吻合,验证了电机损耗与温升求解过程的准确性。应用智能优化算法对电机电磁与水道结构中的多个参数进行磁热耦合多目标优化,优化后的电机整体模型与初始方案相比,综合性能得到有效提高。     

盘式永磁涡流驱动器的电磁-温度耦合 解析模型

提出盘式永磁涡流驱动器的电磁-温度耦合解析模型,用于进行电磁场解析计算和温度场分析。首先,基于分离变量法建立三维电磁场解析模型用于计算磁场分布,推导转矩和涡流损耗表达式。然后,将涡流损耗作为热源,基于等效热网络法建立温度分析计算模型。电磁-温度耦合解析模型的计算是考虑材料电磁和温度特性随温度变化,通过温度迭代过程实现的。最后,利用该文提出的电磁-温度耦合解析模型,分析转矩、涡流损耗、永磁体和铜盘温升随负载的变化,并分析结构参数对转矩的影响。将解析模型结果与有限元和实验结果进行对比,证明解析模型的合理性和正确性。     

计及温度边界条件变化的潜水电机磁热流耦合模型分析

以30kW充油式潜水电机为研究对象,建立了电机温度场三维模型,利用时步有限元法对电机热负荷进行了计算,给出了粘滞损耗、铁耗和铜耗在不同温度下或不同区域内的变化情况。在此基础上计及润滑油循环过程中入口温度的变化,对电机温度场及影响因素进行了分析,并与传统边界条件中参数为定值和参数中只有热负荷变化这两种情况下的温度场进行了比较,试验表明了采用计及热负荷和入口温度变化下所得温度仿真值更接近试验值,验证了所提出的边界条件设置方法的合理性,为后续冷却系统的优化提供仿真依据。     

纯电动客车用高速永磁轮边电机损耗分析方法研究

针对纯电动客车用高速永磁轮边电机进行损耗分析方法研究。通过有限元模型对定子齿部、轭部以及转子铁耗进行计算,分别对不同工况下的电磁损耗进行分析,并考虑非正弦激励的影响,建立电磁损耗计算模型。通过设计损耗分离实验,利用无磁体转子电机分离机械损耗与空载铁耗,并对机械、杂散损耗分别建模,完善全工况点电机损耗计算模型。通过样机实验验证,该方法能够对同平台电机损耗进行准确分析。     

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。     

双边水冷永磁直线电机的磁热耦合分析（英文）

为了产生高加速度,设计一台12槽11极双边水冷永磁直线电机,其需要给绕组提供很高的电流密度。在这种情况下,铜耗和铁耗增加,电机热分析变得必不可少。针对该电机有水冷和无水冷两种模式,全面考虑电机所有材料建立基于双闭环算法的磁热耦合二维有限元模型。通过模型,分析热对流系数和不同频率下铁耗对温升的影响及温升对永磁体性能的影响,分析连续工作制下水流量对电机温升及推力的影响。结果表明,即使在较小的水流量时,电机的推力仍然可提高2倍。其次,分析不同工作制下电机能输出的最大推力。通过样机测试结果验证分析结果。     

转子轴向通风孔对高压感应电机性能的影响

为了有效降低电机温升对空空冷却方式的高压感应电机转子轭部开轴向通风孔,但原来基于磁路的算法计算出的电机铁耗、功率因数、额定电流等电磁性能与实际偏差较大;针对此问题提出基于有限元的场—路—运动耦合分析方法,以YXKK355-4、355 kW电机为例,利用电机的基本数学模型和实际的物理模型,对不同通风方式的电机建模,分析电机谐波磁场、气隙磁密等电磁参数;基于有限元的方式改进了传统三项式计算铁耗的模型,得到与试验值相近的结果;最后,基于轴向通风孔对转子磁场影响的分析结果,给出一种改进型通风孔的方案,为今后转子轴向通风孔设计提供理论依据。     

车用永磁同步电机的铁耗与瞬态温升分析

为了提高车用永磁同步电机的短时过载能力和功率密度,利用有限元方法进行了综合考虑电磁、热和控制策略的损耗和瞬态温升的非线性仿真分析.损耗分析指出了铁耗由于弱磁的原因在基速附近就达到了最大;峰值工况下的铜耗在整个速度范围内基本不变;连续工况下的铜耗最大值也同样因弱磁的需要而出现在最大工作转速.瞬态温升分析表明绕组端部温度最高而成为薄弱环节;短时工作时永磁体的温度比绕组低但连续或循环工作时两者温度相差不大;增加水流量对绕组温升的影响有限,特别是短时峰值工作的影响就更小,水冷电机加强散热能力的方法在于加强材料应用和工艺改进.     

电动汽车用开关磁阻电机温度场分析研究

对一台电动汽车用110 k W水冷式12/8极开关磁阻电机工作时的温度场进行数值分析,为其在实际应用中提供可靠理论依据。利用Solid Works软件建立了开关磁阻电机三维实体模型;采用ANSYS Maxwell软件计算了电机在额定状态下的铜耗和铁耗,确定了损耗热源;借助有限元方法对电机三维磁热耦合仿真模型进行了数值分析计算,深入分析了额定运行状态时的电机温度场分布规律。分析结果表明,在额定工况下,电机内部温度符合电机的热设计要求,为该类电机应用在电动汽车上提供了可靠的理论依据。     

双水内冷同步调相机定子温度场分析

温度场的研究对双水内冷同步调相机安全运行具有重要的意义。针对双水内冷同步调相机,采用有限元法建立了电磁场二维模型以及流体-温度三维温升计算模型,求取了电机不同运行工况下的电枢电流、励磁电流以及对应的电机定子损耗。在此基础上,根据流体-温度耦合的传热理论,以定子线圈和铁心损耗为热源,求解定子各部分温度分布,研究电枢电流、冷却水流速、冷却水进水温度对定子温升的影响。结果表明,双水内冷同步调相机运行时定子下层线圈温度高于定子上层线圈温度,定子线圈最高温升与电枢电流的二次方呈正比,且其温升与冷却水的流速相关,与进水温度成正比。本文中关于温度场的研究可为大型同步调相机散热结构优化及过载能力分析提供理论参考价值。     

温度影响下的开槽盘式磁力耦合器调速特性

针对温度影响下盘式磁力耦合器调速问题,以一台6对极16槽的开槽盘式磁力耦合器为研究对象,基于矢量磁位法,结合修正三维端部效应的卡特系数并考虑温度对永磁体剩磁的影响,依据磁力耦合器轴向介质不同与导体盘轭铁和铜导体交替排列的结构,推导出其整体的电磁转矩公式。再分别建立恒转矩负载、二次方率负载和恒功率负载工况下的调速关系解析模型。通过有限元模拟分析,确定了不同温度、不同气隙下的开槽盘式磁力耦合器在3种不同负载工况下的调速范围与调速特性。最后,搭建试验平台进行调速性能试验,将不同负载工况下磁力耦合器电磁转矩与输出转速的理论、仿真、实验值三者进行对比,结果表明理论模型有较高的准确性,为开槽型磁力耦合器在调速系统中的智能调控提供了理论依据。     

PWM激励下异步电机铁耗等值电阻模型

通过分析PWM激励下异步电机铁耗变化的特点,提出了一种综合考虑电机运行工况和PWM波形特性的铁耗等值电阻模型。基于铁耗分离原理,使用三个电阻分别等效电机铁耗的磁滞分量、经典涡流分量和异常涡流分量,并推导了正弦激励下各个电阻分量的表达式;进而通过分析PWM激励与正弦激励下铁耗间关系,对正弦激励下铁耗模型进行修正,获得PWM激励下铁耗模型;最后提出了确定该模型参数的实验方案。所建模型中各个电阻分量随电机运行频率和PWM波形的调制系数变化而变化,且变化规律各不相同,提高了电机铁耗计算的准确性。仿真和实验验证了该模型的正确性和有效性。     

集成永磁伺服电动机电磁热耦合模型设计与分析

集成永磁伺服电动机是电机、驱动器、控制器和编码器的组合体,具有体积小、布线简单、抗干扰能力强等优点,但是其高功率密度造成了电机较高的温升。针对该问题,首先介绍了集成永磁伺服电动机的结构组成;然后基于有限元法建立了集成永磁伺服电动机的电磁热耦合模型;分析了电机本体的损耗密度,包括电机铁损、绕组铜损和驱动电路损耗;确定了电机的热边界条件并采取了非线性处理,主要包括自然对流和气隙对流;最后,进行了仿真和实验。通过数据对比可知,仿真温度与实测温度的误差在允许范围内,表明所建立的电磁热耦合模型和热传导分析方法是可行的、有效的,能够较好地预测电机的温升。