电动汽车轮毂电机磁—热双向耦合研究

针对电动汽车轮毂电机热负荷大、温升显著等问题,对轮毂电机的电磁场和温度场进行了仿真研究。首先,建立了表贴式外转子轮毂电机的几何模型;基于电磁场有限元模型和等效热网络模型,采用电磁—热双向耦合,实现了两物理场间损耗与温度数据的交换,准确计算出了电机损耗和温升数值;通过损耗和机壳的温升试验值,验证了电磁—热双向耦合仿真结果的合理性;采用该方法参数化分析了轮毂电机的结构。研究结果表明:气隙长度增加,定子铁心和绕组温度均随之上升;随着定子槽深度的增加,定子铁芯的温度呈先上升后下降的趋势。     

永磁同步电机的热路分析及热阻参数测试

针对永磁同步电机设计、参数优化和热分析等问题,对永磁同步电机的热路法温度计算进行了研究,建立了考虑安装和冷却方式的热路模型,提出了一种热路关键参数的测试方法,测试了机壳与空气间的等效热阻、端盖与空气间的等效热阻、安装板与空气间等效热阻,绕组与定子铁芯之间的等效热传导系数,机壳与定子铁芯之间的等效空气隙厚度、端盖与机壳间的等效空气隙厚度、安装板与端盖之间的等效空气隙厚度等热路参数.同时对热路模型进行了热阻敏感性分析,得到了影响电机温升的主要热路参数.实验结果表明,该热路模型和实验测试数据,可以较准确地计算电机温升,误差在5％以内.该热路模型和实验测试热路参数可为同类型电机的设计以及热分析提供很好的参考.     

同步电机定子温升偏高原因分析及处理方案

上桥泵站改造工程的三台立式同步电动机,在空载试机中开机30min内,定子温度急剧升高,比环境温度高85℃后仍上升不止.对三台电机温升偏高的原因给出定性分析,并提出具体处理方案及施工方法.完工后现场试验及空载试验数据均符合国家有关标准和标书要求,同时也说明同步电机定子温升偏高的分析是正确的,处理方案是可行的.     

增程器风冷电机散热方案仿真分析及测试验证

风冷电机在小功率增程器市场有广泛的应用,特别是工程机械方面,但由于风冷方式的冷却能力相对较弱,需进行充分的散热验证。本文以一台额定功率25kW增程器用风冷电机为研究对象,首先采用流-热-固耦合模拟方法对电机壳外流场及电机各部件的温度分布和温升进行稳态仿真分析、对绕组温升进行动态仿真分析,再通过台架温升测试验证了风冷电机散热结构设计的合理性。分析结果表明该电机风冷散热方案满足散热需求,电机温升约为75℃,环境温度45℃的线圈最高温度为120℃,满足电机绝缘耐热等级为F级的要求。电机的仿真温升和实测温升基本一致,验证该风冷散热设计方案设计的可行性和仿真方法的可靠性。     

不同极槽配合对永磁同步电机温度场的影响

针对散线绕组电机在温升计算时建模存在的问题,采用分层简化的模型来对绕组建模,将简化模型应用到发热、散热计算上后,温升结果和温度分布趋势较为接近,验证了简化模型在工程中应用的可行性。为研究定子槽数对电机温升的影响,以某型号可用于中小型直驱风力发电机的永磁同步电机（PMSM）为对象,采用分层简化模型对电机定子进行了建模,通过有限元仿真计算了电机定子温度场,得到了绕组平均温度随槽数的变化趋势。对32极36槽电机进行了试验测试来验证算法的准确性。应用同样的仿真方法计算得到了某水冷电机温升随槽数的变化趋势。研究结果表明：随着定子槽数的增加,电机温升逐渐降低,且降低幅度越来越小。当槽极数比大于4．5时,定子槽数对电机温升的影响不再明显。     

全封闭扇冷式感应电动机通风结构方案

为了揭示全封闭扇冷式（Total enclosed fan-cooled,TEFC）感应电动机底脚拉筋结构对电动机流场流变特性以及温升分布性能的影响,近而寻求拉筋结构最优化通风冷却性能,以一台TEFC感应电动机为例,在对该电动机进行温升试验测试及温度场数值分析研究的基础上,依据结构特征建立电动机轴向半域流体场以及温度场耦合求解模型,采用有限体积元法对多种拉筋结构方案下的电动机内流体场及温度场进行数值计算。通过对各方案下电动机定子铁心、定子绕组、机壳等部件温升特征以及电动机域内流变特性的比较分析,明确了电动机机壳拉筋对电动机内流体场以及温度场的影响规律,给出了机壳拉筋结构优化方案。     

电机铁心定、转子片冲压复合模具工艺设计

针对电机铁心的结构,分析电机定、转子片冲压工艺特点,对电机定、转子片传统的“一落三”冲压工艺进行了改进.排除了铁心绕嵌线压入机座后,机壳对铁心外圆挤压使定子片间移动,使绕组损坏造成短路的现象.保证了定子铁心内外圆同轴度技术要求,提高了电机的装配质量.     

兆瓦级永磁同步发电机温升的数值计算研究

针对兆瓦级永磁同步发电机设计中采用温度敏感性永磁材料的温升控制,基于等效热路法和温度场法,根据永磁同步发电机的等效热路图计算了其内部温升。重点研究了以电机内温升为边界条件的定子端面温度场的数学模型,采用有限差分法求解温度场模型,得到了电机定子端面的热导矩阵;通过Jacobi迭代,得到电机内冷却空气进、出口处的定子端面温度场。数值计算的结果表明,冷却空气出口处定子端面温度场的温度梯度明显高于冷却空气的入口端,其温度极值低于牌号N42SH的钕铁硼永磁材料最高工作温度,定子内绕组最高温升亦低于F级绝缘电机的温升限值。研究结果对兆瓦级永磁同步发电机的设计、样机试验提供了理论依据。     

电机变频运行时定子线圈温升分析

首先对电机变频运行时的定子线圈温升进行建模分析,摒弃复杂的非线性运算,抓住电机发热的主要矛盾,将电机变频运行时的线圈温升参量变化近似为线性变化。并以变频运行凝结水泵电机为例,分析该电机的运行频率与温升之间的关系。最后为避免电机变频运行时线圈温升过高导致绝缘损坏事故发生,提供了可行性的建议。     

电动机机壳卷焊成形工艺

汽车中、小功率起动电动机和摩托车大、中功率起动电动机定子部分的零件机壳为10钢圆筒形零件(见图1)。机壳是起动电动机的主要结构零件和重要的功能零件,是整个起动电动机其他部件和定子部件的电磁线圈、极靴等电功能零件的支承件,同时也是电机电磁回路中的重要导磁功能零件。机壳     

单框架磁悬浮控制力矩陀螺的损耗计算及热-结构耦合分析

为了明确由损耗导致航天器应用中的磁悬浮控制力矩陀螺温升问题,需要对损耗和温度分布进行分析计算。本文针对额定转速12 000 r/m,最大角动量200 N·m·s的单框架磁悬浮控制力矩陀螺,通过建立理论模型进行分析计算,得到了框架力矩电机、径向磁轴承、轴向磁轴承和转子高速电机的铁损以及铜损;对陀螺三维有限元模型进行了热场仿真分析,得到在各类损耗影响下的温度分布,并进行了热-结构耦合仿真分析。分析得到最大温度位于高速电机定子,最大温度是48.3℃;最后,进行了样机温升实验验证,检测温度最大值位于高速电机定子,最大值为51.8℃,与计算值误差为6.8%。通过温升检测实验验证了损耗计算和有限元热场分析。实验结论为整体结构优化提供了理论参考。     

异步电动机定子温度场仿真研究

通过对异步电机定子结构分析,建立了一个简化的物理模型;针对建立的模型,确定了其边界条件,并根据计算传热学的相关知识,对其进行了温度场的仿真计算,根据仿真结果,对异步电机内部温度场进行分析,发现定子绕组温度最高,在电机设计和使用过程中应对其进行分析和监测.     

Validation of thermal and electrical model for induction motors using fiber Bragg gratings

This works presents the simulation and validation of the thermal, electrical and mechanical models of a three-phase induction motor (TIM). Fiber Bragg grating (FBG) sensors are used to measure stator temperature and validate the thermal model. The knowledge of the relationship between losses and temperature variation in the TIM makes a simulation of the motor possible. To determine losses in the TIM an equivalent electrical circuit in arbitrary reference frame is used, which combines a traditional model with the more usual modeling of losses in the stator iron. The thermal study of the motor is performed using an equivalent thermal circuit formed by thermal capacitances and thermal conductivities that are separately considered for the stator and rotor. The losses calculated with the electrical and mechanical models are the input parameters for the thermal model. The simulation of the electrical model produces an error of approximately 4.2% when determining the Joule effect losses in the motor when compared to the experimentally obtained results. The simulation of the mechanical model presents an error of 0.2% for the losses due to friction and ventilation. The stator and rotor temperature, obtained with the thermal model, presented a high correlation with the measured values. The thermal model presents a maximum error of 0.75 °C when one compares them to the average experimental values of temperature in the stator during the temperature transient behavior. When the temperature in the stator reaches steady state, the experimental and simulated results converge to the same values. The use of FBGs to measure temperature in the machine allowed a thermal model to be developed, which also uses the mechanical losses of the machine and is the main contribution of this work.     

A new diagnosis of broken rotor bar fault extent in three phase squirrel cage induction motor

This paper proposes a new induction motor broken bar fault extent diagnostic approach under varying load conditions based on wavelet coefficients of stator current in a specific frequency band. In this paper, winding function approach (WFA) is used to develop a mathematical model to provide indication references for parameters under different load levels and different fault cases. It is shown that rise of number of broken bars and load levels increases amplitude of the particular side band components of the stator currents in faulty case. Stator current, rotor speed and torque are used to demonstrate the relationship between these parameters and broken rotor bar severity. An induction motor with 1, 2 and 3 broken bars and the motor with 3 broken bars in experiment at no-load, 50% and 100% load are investigated. A novel criterion is then developed to assess rotor fault severity based on the stator current and the rotor speed. Simulations and experimental results confirm the validity of the proposed approach.     

斜动子与塔形定子构成的单驱双动超声电机

针对两相超声电机对模态频率一致性要求高及单相超声电机难于实现双向运动等问题,提出了一种单相驱动双向运动斜动子塔形直线超声电机。动子相对于塔形定子倾斜安装,利用塔形定子的面内对称模态或面内弯曲模态为工作模态,通过切换工作模态改变定子驱动足运动轨迹相对于动子的倾斜方向,实现动子正、反向运动。在分析电机工作原理及设计原则的基础上,推导了电机运行的导轨倾角适用范围,对设计制作的原理样机进行了模态实验和机械特性测试。实验表明,在导轨倾斜角为35°,激励电压为500 V,预压为力4.5 N的条件下,面内对称振动模态工作时的最大空载速度为79 mm/s,最大输出力为0.5 N;面内弯曲模态工作时的最大空载速度为756 mm/s,最大输出力为0.8 N。     

电主轴定子电阻特性分析

影响定子电阻变化的因素有温度、运行频率、定子电流,负载。找到定子电阻随着这些因素的变化规律,有利于找到精确的定子电阻辨识方法,从而提高电主轴控制系统的精度及可靠性。论文用实验的方法采集空载和加载时温度、频率、定子电流及定子电阻数据。通过对数据的处理分析得出,空载时,定子电阻随温度、定子电流、频率的变化呈非线性变化。加载时,定子电流随着载荷的增大线性增大,加载实验后期定子电阻随着载荷的增大线性增大。     

非晶合金定子铁心对再制造电机性能的影响

为提升电动汽车永磁同步电机再制造性能,采用低铁损非晶定子铁心替换了旧电机硅钢定子铁心。基于2D有限元模型,分析了额定转速下,同尺寸非晶定子铁心替换对再制造电机空载、负载性能的影响。替换后,再制造电机的效率提升1.8%,额定负载转矩减小6%。对再制造电机中非晶合金定子铁心槽型尺寸及绕组结构进行了优化。与旧电机相比,优化后的再制造电机效率提高1.9%,额定转矩不变,试验验证了仿真结果的正确性。     

一种新型杆式行波型超声电机的研究

以提高新型杆式超声电机转速、负载能力和能量转换效率为目标 ,对电机定子、转子的结构和接触模型进行了研究。以有限元分析计算为基础提出了新的电机定子结构 ,使定子在定子、转子接触面处的振幅加大 ;提出并应用了柔性转子的概念 ,使定子、转子在接触面上的径向相对滑动大为减小。用实验方法对电机机械性能进行了测试和分析 ,得出电机定子 (兰杰文振子 )的预压力以 2 0 0 0N左右为佳 ,定、转子间最佳的预压力 35N。实测工作频率为 38.7kHz时 ,无负载转速为 2 2 5r/min ,堵转力矩为 4 2N·m ,达到了设计要求     

高速磁悬浮电机的发热与冷却研究

针对高速磁悬浮电机发热严重的问题,采用有限元方法建立了电机定子发热模型,并且分析了材料对电机铁心损耗的影响。考虑转子表面的摩擦,计算出电机转子风摩擦损耗。针对谐波电流引起的转子涡流损耗在高速磁悬浮电机中会引起转子很高的温升的问题,研究了一种计算高速磁悬浮电机转子涡流损耗的解析计算方法。针对转子涡流损耗的问题,采用了一种加感抗器减小谐波涡流损耗从而降低温度的有效方法。实验结果表明,加感抗器能有效减小谐波电流、降低电机温度。