基于等效热网络法的容错永磁电机的温度分析和计算

容错永磁电机工作条件恶劣,电机运行时的温升不仅会影响其电磁性能,更会引发故障,降低电机的可靠性。分析了容错永磁电机的热源分布情况,采用集中参数法建立电机等效热网络图,通过热平衡方程对电机温度进行求解计算。运用ANSYS/Fluent有限元法进行了对比分析,验证了等效热网络法计算结果的准确性。最后,针对电机温度情况,分别从减小损耗和改善散热条件两个方面提出了改进方案。     

高速永磁电机的设计与磁热耦合温升计算

高速永磁电机转速高、体积小,因此其温升计算相较于常规电机更为重要。针对此问题,设计一台150kW的高速永磁电机,以有限元法和解析法对高速电机的各部分损耗进行计算。建立电机的温升分析模型,在有限元流体场进行电机三维温升计算、应用磁热耦合的分析方法对所设计电机进行温升分析,分别进行单向和双向的耦合温升计算,计算结果表明耦合温升计算与流体场温升计算所得的温升分布存在一定差异。相较于常规温升计算,磁热耦合温升计算可以更为准确地得到高速永磁电机的各部分的温升情况,保证电机更为安全可靠地运行。     

基于磁热双向耦合的永磁电机损耗和温升分析

为了研究永磁电机材料（铜、钕铁硼）的温度特性对高速永磁电机的损耗和热性能的影响,在考虑电机部件装配间隙的基础上,提出一种磁-热双向耦合方法,根据电机电磁场实际损耗分布加载到其温度场中,绕组、永磁体等部件损耗随温度变化情况实时更新至电磁场,通过3-D瞬态有限元方法实现电机电磁场-温度场的多重迭代收敛计算。以一台15kW高速永磁电机为例,通过两种（磁-热双向、磁-热单向）不同的计算方法对该类电机在不同供电条件（正弦波供电及变频器供电条件）下的损耗及温升计算结果与样机试验结果进行对比和分析。结果表明,通过磁-热双向耦合方法所获得的结果与实验结果更为一致,验证了所提出的磁-热双向耦合法的准确性及优势,为提高该类电机损耗和温升计算精度提供指导。     

基于温度实验的永磁同步电机损耗分离方法

为了研究内置式永磁同步电机在不同工况及不同温度情况下永磁电机各部分的损耗,首先,基于运行参数及温度对永磁电机各损耗进行仿真,并建立基于运行参数及温度的损耗模型。在永磁电机定转子各部分预埋测温元件,采用变工况温度实验进行永磁电机温度及损耗实验。然后,结合电机导热特性及测温元件布置建立永磁电机等效热网络模型,通过永磁电机在不同工况下的温度及总损耗实验结果,采用扩展卡尔曼滤波算法对永磁电机进行各损耗的分离。最后,将分离出来的损耗与实测总损耗和计算损耗模型结果分析进行对比,验证损耗分离方法及基于工况和温度损耗模型的正确性。     

基于热路法的自然冷却永磁同步电机定子温度计算

为获取电机运行时的温升情况,本文使用热路法对一台自然冷却永磁同步电机定子的温度进行计算。在Maxwell中进行二维电磁场仿真,得到电机定子的损耗。将电机定子分为多个部件,使用简化圆筒T型热路模型并结合立方体热路模型搭建各部件的单元模型,在计算各部件的相关热阻后,得到电机定子的热路模型。根据热平衡原理建立温度场线性方程组,求解电机定子的温度。在Fluent中建立电机定子的三维简化模型,给予材料属性、边界条件及其他相关设置后,进行电机稳态温度场仿真。最后对电机进行温升实验,使电机在额定工况下运行至热平衡状态后,进行实验测量。将热路法计算的结果与实验和仿真结果进行对比分析,验证了热路法的正确性。     

车用永磁同步电机不同冷却水道分析*

新能源汽车的永磁同步电机单位体积内损耗过大或冷却性能较差都可能造成温升过高,使得汽车的安全性及可靠性面临挑战,所以精准计算各项损耗并设计合理水道结构十分必要。针对额定功率为30 kW的永磁同步电机,利用流固耦合方法进行热仿真,分析螺旋形、轴向Z形、径向Z形及周向形四种水道的流速、压差、温升,探究电机冷却效果受不同冷却结构的影响及水泵功率的要求,为冷却结构的设计提供参考。     

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。     

高速永磁同步电机流固耦合仿真与性能分析

为了探讨冷却系统设计对高速永磁同步电机散热效果的影响,提出了一种轴向强迫通风的冷却结构.以一台200 kW船用高速永磁同步电机为研究对象,基于流体动力学以及流固耦合传热理论,根据电机冷却结构特点,合理简化模型并给出基本假设与边界条件,建立了三维整机求解域模型.采用有限体积法对具有空冷和水冷集成冷却系统的高速永磁电机进行数值分析运算,分析了冷却水速对永磁电机温升的影响,揭示了最优水速方案下电机流变特性与温升分布规律.基于此,提出一种强迫空气通过气隙沿轴向流动的通风结构,通过对比不同通风结构下电机内流体场与温度场的仿真结果,证实轴向通风结构能够优化电机流温分布特性,提升电机冷却性能,对船用高速永磁同步电机冷却系统设计提供借鉴意义.     

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。     

电动汽车用永磁同步电机温升计算不同方法对比分析

电动汽车精细化设计要求车用永磁同步驱动电机温升计算达到较高的准确性。以一款典型车用水冷永磁驱动电机为研究载体,介绍了简单热路法、热网络方法、数值仿真方法这三种常用方法在电机温升计算中的应用,并将三种方法计算结果与试验值进行对比,为电动汽车用永磁驱动电机温升计算方法的选择提供参考依据。研究发现简单热路法不满足车用永磁电机温升计算准确性要求,而热网络方法和数值仿真方法都具有较高的计算准确性。建议将热网络方法和数值仿真方法结合起来使用,采用数值仿真结果校验热网络模型参数,以热网络方法对电机温升进行快速评估。     

全封闭高速永磁电机转子结构对转子散热的影响

为研究转子物理结构对机壳水冷全封闭式高速永磁电机转子散热的影响,以一台15k W、30 000r/min的非晶合金高速永磁电机为例,基于流体力学和传热学理论,建立三维流固耦合共轭传热求解域模型,并给出基本假设与边界条件,采用有限体积法进行流固耦合求解,得到转子有无轴向通风孔和通风孔与风刺相配合时电机内流体流动特性及各部件的温度分布。在此基础上,研究通风孔尺寸、通风孔数量变化对流体场及温度场的影响。计算结果表明,转子引入风刺和通风孔等风压元件可有效提高转子的散热能力,降低永磁体温升。通过增大通风孔尺寸和数量可进一步降低永磁体温升。最后,对一台15k W全封闭式水冷非晶合金永磁电机进行了温升试验,并将试验数据与计算结果进行对比,验证了耦合场计算结果的正确性。     

轴向磁通永磁同步电机快速等效磁路分析

轴向磁通永磁同步电机具有轴向长度短、结构紧凑、体积小、转矩密度高等特点。然而其磁场为三维磁场,模型过于复杂,难以直接运用经典解析法进行快速求解与计算。为快速完成轴向磁通永磁同步电机的前期估算,文中提出一种简化等效磁路模型来快速计算轴向磁通永磁同步电机的基本性能。该磁路模型通过合理的等效,将三维轴向磁通永磁同步电机模型转化为多层二维等效模型,进而运用等效磁路法和叠加法实现电机性能的计算。最后,以10极12槽双定子单转子轴向磁通永磁同步电机为例,运用文中所述模型计算其气隙磁密,永磁磁链和空载反电动势并对不同分层数的电机模型进行了有限元的仿真。结果表明,本文等效磁路模型的计算精度与三维有限元法相近,且耗时极短,更有利于该类电机的工程初算。     

高速永磁同步电机在多物理场和变流器约束下的设计

高速电机中多物理场是强耦合的,其影响是甚至相互矛盾的.因此,高速电机的设计受到多物理场的强制约.此外,变流器的电压和电流都受限,由此也制约了高速电机的设计.当电机功率较大时,所有这些约束变得更加显著,因此较难获得一个很好的优化设计方案.该文以一台350kW、13.5kr/min的大功率高速内置式永磁同步电机作为案例,阐...     

高速永磁电机流体场与温度场的计算分析

为了研究中小型高速永磁电机内部流体场与温度场分布规律,以一台15k W,30000r/min内置式高速永磁电机为例,基于计算流体力学和传热学理论建立了三维流体场与温度场的物理模型,应用有限体积法对流体场与温度场进行耦合计算,得到了电机内空气的流动特性与各部件的温度分布规律。针对高速电机运行时转子表面空气摩擦损耗大的问题,基于所建立的3D流体场模型,分析了转子转速、转子表面粗糙度对空气摩擦损耗的影响。研究结果表明,高速永磁电机端腔空气的流动性差,加之空气摩擦损耗的影响,导致转子温升较高,且转子转速、转子表面粗糙度对空气摩擦损耗有着重要影响。     

飞轮储能用高速永磁同步电机损耗分析与优化

飞轮储能由于效率高、无污染等优点得到了广泛应用。作为核心部件,高速永磁同步电机的损耗直接制约着电机转速,进而影响飞轮储能系统的性能。文章给出电机铁耗和永磁体涡流损耗的计算公式,分析两种损耗的影响因素。根据损耗分析给出电机的拓扑结构,介绍电机的绕组形式、极槽配比和转子结构。提出一种新型磁障设置方法,在定子轭部设置空气磁障,引入径向分段和Halbach充磁方式,给出三种新型电机拓扑。有限元仿真结果表明,磁障的设置显著降低了铁耗,但也使得永磁体涡流损耗上升。径向分段和Halbach均能大幅度降低永磁体涡流损耗,将径向分段与磁障相结合是降低损耗的有效方法。减少槽口宽度能降低永磁体涡流损耗,但其取值要综合考虑损耗与加工难度。     

基于场路耦合的永磁同步电机性能分析

在伺服控制系统中,控制器对内置式永磁同步电机(IPMSM)的性能影响较大。采用时步有限元分析方法,通过在Maxwell中搭建IPMSM三维和二维瞬态电磁场有限元模型,在Simulink中搭建了电机控制算法的模型。经由Simplorer软件接口技术将有限元模型和电机控制算法模型相结合,构建了永磁同步电机的场路耦合仿真模型。分析了电机在不同控制策略和工况下的转矩、电流、损耗、弱磁调速范围等数据,为IPMSM伺服调速系统的计算及优化设计提供了合理的方法。     

集成式天然气输送压缩机直驱永磁电机研究

集成式天然气输送压缩机采用高速兆瓦级永磁电机直驱替代传统电机+齿轮箱驱动压缩机模式,其驱动电机的电磁设计、机械设计、流体冷却设计均远超出常规电机技术范畴.建立了6MW、10000rpm永磁电机电磁有限元模型,对高压扁铜线绕组高频交流损耗性能进行分析;建立了高压天然气CFX流体模型进行转子碳纤维表面高速风磨耗评估,同时计...     

高速永磁爪极电机铁耗与空气摩擦损耗计算

高速电机由于采用高频电源供电,铁心损耗较常规电机突出,且高速旋转引起的空气摩擦损耗亦非常严重。此外爪极电机磁路结构复杂且其磁通呈三维分布,因此需要考虑三维磁场、高频谐波和高速旋转等因素,针对该种高速电机损耗计算模型进行研究。首先通过三维有限元电磁仿真软件对该种电机的磁场分布特点进行分析;然后采用三维正交交变磁化近似等效旋转磁化建立铁耗计算模型,并考虑高频谐波对其影响,通过与有限元软件计算结果对比,验证了计算模型的准确性;此外针对转子转速、转子表面光滑度、轴向风速等因素对空气摩擦损耗的影响进行分析;最后通过实验验证了铁心损耗和空气摩擦损耗计算方法的准确性。     

基于磁链观测的高速永磁同步电机控制方法研究

高速永磁同步电机无速度传感器控制已经成为趋势。在采用传统模型参考自适应系统(MRAS)时,由于使用积分计算,磁链观测结果存在零漂和相移等问题。提出一种改进方法,将电压模型和电流模型磁链观测结果相减,把误差值经过PI调节后补偿电压模型中的电压,很好地解决了上述问题,控制性能优良。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型验证所提方法,结果表明:改进后的MRAS在全速范围内都能准确跟踪转子速度和位置,并且在负载突变情况下依然能够稳定运行。     

高速永磁电机降低热损耗方法研究

高速永磁电机在众多领域具有广阔的应用前景,本文首先对电机发展情况进行了总体介绍,给出了现有永磁电机的不同结构类型。为了降低电机热能损耗,可以从定转子的结构改良、制作新型永磁体材料方面考虑。之后对不同的电机冷却系统方案进行比较,提出了降低热损耗的方法并进行了改进。最后论述了永磁电机发展所面临的问题,展望高速电机的未来发展趋势和方向。