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。     

磁悬浮控制力矩陀螺高速电机绕组涡流损耗计算及热分析

为了更准确地预测磁悬浮控制力矩陀螺中高速电机工作时的温升,需要计算电机绕组涡流损耗和对陀螺进行热分析。本文以最大角动量200 N·m·s,额定转速12 000 r/min的磁悬浮控制力矩陀螺为研究对象,首先分析了电机绕组涡流产生原理,采用了一种解析法和有限元法结合的方法,推导并计算了高速电机绕组涡流损耗。然后,建立了陀螺三维有限元模型,在已知陀螺各部件损耗的基础上进行了热分析,得到了温度仿真分布。最后,设计了陀螺样机温升实验进行验证。仿真分析得知高速电机定子温度最高,定子绕组温度为40.3℃。温升实验测得电机定子温度为41.6℃,与理论值误差为3.1%。这相比未考虑绕组涡流损耗时的热分析,精度提高了3.7%。考虑了绕组涡流损耗的热分析预测温升更加准确,这对于优化磁悬浮控制力矩陀螺的热设计有重要意义。     

基于绕组函数的长定子直线同步电机建模研究

针对精确的直线同步电机数学模型建立困难的问题,提出了基于绕组函数法的长定子直线同步电机绕组电感的计算方法,并推导出了直线电机各电感参数计算公式,然后建立了相应的直线同步电机数学模型。此外,利用电感参数在Simulink里搭建了直线同步电机矩阵微分方程,通过仿真结果得到了三相电流、励磁电流和电磁推力波形。最后,基于长定子同步直线电机的结构尺寸建立了一对极有限元模型,定子绕组通入三相交流电,动子绕组通入直流励磁电流,通过设置适当的剖分,将得到的电磁推力和解析法的电磁推力进行了对比。研究结果表明,有限元分析法和解析法得到的电磁推力结果一致,从而论证了基于绕组函数法的直线电机数学模型建模方法,为以后的直线电机数学建模提供了参考。     

三相异步电机定子与机壳温度的影响因素研究

以Y100L-2型三相异步电机为研究对象,建立了电机定子铁心二维传热模型,通过计算得到电机定子温升与机壳温升的变化规律.讨论了环境温度,电机负荷对电机温升的影响,得出了随着电机负荷和环境温度的增加,定子最高温度随之增大,以及机壳到定子之间的温升随环境温度变化非常小等结论.     

电动机绕组热模型等效方法的分析研究

根据两种不同简化方法分别建立电动机绕组的热模型,通过运用有限元分析软件ansys对两种简化等效热模型分别进行温升分析研究,并通过电动机绕组温升实验研究来比较出较为合理的电机绕组等效热模型。该绕组热模型等效方法的得出提高了电机有限元分析精度,对电机有限元分析计算有一定的参考意义。     

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。     

无刷直流电机的设计及优化

首先,详细研究了提高电机性能的关键性因素,针对无刷直流电机高功率密度设计要求,结合电机学设计理论,通过分析计算,确定电机的极槽配合、永磁体材料及尺寸、定子绕组、定子槽型、定子铁芯结构,完成无刷直流电机的本体电磁设计;然后,通过Ansoft Maxwell仿真软件,构建二维场—路耦合模型,通过有限元方法分析计算电机的稳态场和瞬态场,重点分析了电机的磁力线分布、磁通密度分布和齿槽转矩;最后,针对裂比、长径比、极弧系数、槽口宽度、气隙长度进行优化设计,合理设置参数变量,以齿槽转矩及气隙磁密谐波为优化目标,通过优化尽可能减小齿槽转矩,抑制谐波,最终得到优化设计方案。     

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。     

五相永磁同步电机一相断路容错策略推导及仿真验证

针对多相电机的开路故障时的容错运行控制策略及其验证问题,对五相永磁电机一相定子绕组开路的容错策略、五相电机Matlab仿真建模及容错策略的仿真验证进行了研究。根据定子绕组磁动势不变的原则,利用基本的三角函数变换,详细推导了五相永磁电机一相开路时的电流容错策略,利用旋转坐标系下的五相永磁电机数学模型,在Matlab中建立了电流源激励的五相永磁电机模型,对一相开路时的电流容错策略进行了仿真验证。研究结果表明,五相永磁电机开路故障时电流容错控制策略的推导方法和结论正确,在Matlab中建立电流源激励的五相永磁电机模型,是验证五相电机电流容错策略的简单、有效的方法。     

不甩线圈的多星形移相变极

对于某些槽数和极数比的多星形移相变极电机,提出与前人不同的是在两种极数下均不甩去线圈的绕组方案,使绕组利用率高,且线圈及其联接都较简单.这种绕组方案在一种极数下并联支路略有不平衡,其所引起的电机定子铜耗的增加是极其有限的,不致影响电机的正常运行.     

Calculation analysis of thermal loss and temperature field of in-wheel motor in micro-electric vehicle

To improve the efficiency and life of in-wheel motor in micro-electric vehicle, thermal loss and temperature field are calculated and analyzed. The mathematical model of thermal loss and temperature field was established, the equivalent model of stator winding was adequately handled, convection heat transfer coefficients was calculated, and the heat distribution of in-wheel motor was analyzed. Winding copper loss, stator and rotor core loss and eddy current loss of permanent magnet were calculated, which were coupled to the temperature field as the heat sources. This paper effectively simplified and dealt with the inner complex radiating coefficient. Three-dimensional finite element model of temperature field was established, and static and transient state temperatures were simulated and analyzed. Overall temperature of the stator region is higher than that of the rotor region. Temperature of stator iron core is basically accord with the temperature of equivalent insulating film, but both are less than the temperature of equivalent winding. The conformity of the measurement results with the final simulation results shows that three-dimensional finite element method is accurate and feasible to analyze thermal loss and temperature distribution of in-wheel motor, which can afford a theoretical basis to optimize the in-wheel motor.     

计及结构特征的TEFC感应电动机温度敏感性研究

为研究小型感应电动机温升分布与其结构特性的数值关系,以一台TEFC(Total enclosed fan-cooled)感应电动机为研究对象,根据流体力学和传热学基本理论,并结合感应电动机定子绕组散下线等结构特点,建立包含离心式风扇及接线盒等结构部件的三维流动与传热耦合数学模型及物理模型,采用有限体积元法,对其三维流体场及温度场进行耦合计算,在利用试验数据佐证本研究精准性的基础上,详细地阐明电动机内部温升随结构特性的敏感性,结果表明,机壳底脚上的横向拉筋对电动机内部的温升分布有着较大的影响,导致与其位置对应的定子绕组存在温升二次升高的现象,同时,转子上具有自力性的风扇对定子绕组端部表现出良好的散热效果,以上结论为中小型电动机的机械结构优化提供了一定参考。     

考虑定位力及波纹力的电磁悬架作动器波动力抑制方法

针对轮边驱动电动汽车设计了一种直驱式的电磁悬架作动器。针对作动器存在的电磁力波动大的问题,提出了从空载定位力及负载波纹力两方面进行抑制的方法。建立作动器的磁场理论计算模型,通过对绕组磁链及感应电动势进行解析,验证了有限元模型的正确性。空载情况下基于有限元模型参数化分析了端部齿长度对定位力的影响,改进了定子长度。以感应电动势总谐波畸变率THD值作为评价指标,考虑了负载情况下的波纹力,通过改进槽口的宽度,以减小THD值及电磁力的波动。结果表明：当定子长度为182 mm时,定位力最小为24.0N,减小了75.6N;当槽口宽度为4.5 mm时,感应电动势THD值最小为4.5%,波纹力减小了3.2N。改进后作动器电磁力波动值仅为20.8N,降幅为80.1%,有效解决了波动力大的问题。     

基于观测器的感应电机故障检测方法及应用

定子绕组和转子绕组的故障是导致感应电机失效的主要原因之一,实时监测电机运行状况不仅可以提高电机运行的可靠性,而且可以避免不必要的经济损失,因此及时而有效地检测感应电机绕组故障是完全有必要的.首先对感应电机定子绕组和转子绕组的故障特性进行分析,并对其故障进行了建模,然后利用感应电机d-q坐标系的状态空间数学模型,提出了一种鲁棒观测器的设计方法,该方法不仅对未知输入扰动具有良好的鲁棒性,而且对绕组故障具有很高的灵敏度,最后对模拟的绕组故障进行了实验,结果证实该方法是正确有效的.同时该方法的提出对实际工程应用也具有一定的参考价值.     

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。     

异步电动机定子温度分布虚拟测试研究

异步电动机定子温度分布研究是异步电动机可靠运行的重要保证.鉴于实际测试的问题与难度,提出基于异步电动机三维温度场仿真模型的定子温度分布虚拟测试的新思路,建立了异步电动机定子温度分布虚拟测试系统.该虚拟测试系统采用参数化设计,只需简单修改电机的参数就可用于不同规格电机的虚拟测试.可实现包括故障在内的各种运行状态下电机稳态温度分布及瞬态温度变化的虚拟测量,可以给出不同时刻电机内部任意位置的温度值及各部位的温度分布图.实际测试结果表明,该虚拟测试系统具有较高的准确性.     

感应电机定子电阻的模糊观测器及其应用

感应电机定子绕组温度的监测是电机安全运行的重要保障,基于电阴估计的温度监测方法为电机的过热代保护提供了一条新的途径,它的关键是准确估计实际的电阻值,本文基于模糊理论,设计了一种模糊电阻直接反映绕组的内部温度,适用于各种运行工误解,因此文中提出的定子温度监测方法可以作为电机过热保护的一种措施。     

大型汽轮发电机定子端部绕组的动态优化设计

将大型汽轮发电机定子端部绕组及支承简化为连续锥壳——板组合结构。在ANSYS平台上设计了几何建模和模态分析的参数化程序,建立了定端结构的参数化动态仿真模型,以支承板的数量及位置、锥壳的半锥角为设计变量,进行了定端结构动特性的灵敏度分析和动态优化设计。通过大量计算分析得出了最佳结构型式为支承板均布且数量为17、锥壳的半锥角为24.6°。这种定端结构型式具有良好的动态特性,且安装制造方便,为300 MW和600 MW大型汽轮发电机定子端部绕组的固定提供了重要的设计手段和依据。