皮带机直驱永磁电机设计和温度场计算

针对皮带机用直驱永磁电机存在的温升过高的问题,对皮带机直驱永磁电机的电磁设计、计算模型、损耗计算、温度场计算等方面进行了研究。利用ANSYS软件对永磁电机绕组铜耗、铁心损耗和涡流损耗进行计算,设计了电机水冷系统,通过Fluent对永磁电机三维模型进行稳态温升计算,获得了电机关键部分的温度场分布,最后进行样机的温升实验。研究结果表明,采用场路耦合方法能够准确计算电机损耗,采用三维稳态温度场仿真所得数据与样机实验数据吻合良好,求解方法正确,可为直驱电机的设计提供一定的参考。     

电动车用永磁同步电动机温度场仿真与实验分析

对电动车用5.5 k W永磁同步电动机样机进行研究,采用有限元法作为温度场分析的主要方法,分析计算电机损耗、导热和散热系数,建立电机模型并进行简化,对永磁同步电动机稳定运行时的温度场进行仿真计算与分析。搭建了永磁同步电动机温升实验台,进行电机温升实验,得到的实验数据与仿真计算数据接近,验证了仿真分析方法的科学性、合理性。     

车用永磁电机在不同工况下的温升分析

针对内置式永磁驱动电机功率密度高、工作环境差、体积和散热面积小而引起的绕组易烧损、磁钢易退磁等问题,分析了车用永磁驱动电机损耗随工况的变化规律以及损耗分布情况,并利用有限元计算软件,建立内置式永磁驱动电机的3-D流固耦合有限元模型,计算分析了电机在不同运行工况下的温升大小和分布情况。制造了实验样机,实验测试了样机在额定工况下的绕组和磁钢温升,并与仿真结果对比,验证了有限元仿真的准确性。     

高功率密度电机三维温度场计算及导热优化研究

短时工作制高功率密度永磁电机具有工作电密高、电枢绕组发热大、温升高的特点。对电机的三维温度场计算尤其是绕组端部温升的准确计算成为高功率密度电机设计的重要部分。该文对高功率密度电机的损耗进行了准确计算,着重分析端部绕组的电阻和铜损耗。在电机的三维温度场计算模型中对端部绕组进行了分层等效,计算和实验结果表明分层等效模型能够提高绕组温升计算的准确性。为降低高功率密度电机中电枢绕组的温升水平,对电机端部绕组进行导热优化,减小了端部绕组的传热热阻,电枢绕组的最高温升从80℃降至69℃。最后通过样机实验验证了理论计算的正确性。     

永磁同步牵引电机的温升计算研究

永磁同步牵引电机在地铁、动车和航空等场合应用广泛,永磁同步电机具有体积小和功率密度大等优点,但是电机内部发热,导致温度场的分布不合理,引起诸多问题,比如温升过高会导致绝缘损坏、永磁体的失磁想象等,进而导致电气性能出现问题。在此详细介绍了牵引电机发展及其结构、电机流体场分析,并提出等效热路法与流体场结合分析温升方法。     

永磁同步电机多故障损耗分析与磁热耦合研究

为了研究车用永磁同步电机在多故障状态下,电机的定子与磁钢温度场的变化,利用Maxwell建立了电机有限元模型,以不同故障条件下各部分损耗作为温度场热源载荷,与ANSYS Workbench进行联合仿真。利用磁热耦合的方法计算模型,得出损耗变化曲线与定子、磁钢的温度分布图,总结了永磁同步电机多故障类型之间损耗与温升的关系,分析了多故障下永磁同步电机各部件温升的变化。对比电机在多故障条件下各部分温升,总结了多故障条件下电机的温升规律,对电机故障的预防与诊断有一定的参考价值。     

基于磁热耦合法的高速永磁电机温升计算及其应用

针对温升计算过程中材料的温度特性对损耗产生影响的问题,利用电磁场与温度场双向耦合的分析方法,并在求解过程中计及损耗的空间分布,从而实现高速永磁电机温升的准确计算。以一台15kW表贴式高速永磁体同步电机为例,考虑电机各部件装配间隙,运用磁热耦合方法计算了电机在额定转速时的温升情况,与传统温度场加载热密度法计算结果对比,并通过温升实验验证了双向耦合计算方法的准确性。以磁热耦合研究方法为基础,对高速电机护套的选材问题进行探讨,提出在护套上加装适当厚度的铜屏蔽层来降低损耗与温升,同时分析表贴式与内置式转子结构对对电机损耗与温升的影响,为高速永磁电机转子结构设计提供可靠有效的参考依据。     

真空泵用定子永磁型与转子永磁型电机热性能对比

针对真空泵用驱动电机在额定运行过程中转子热膨胀积累导致轴承抱死的工程问题,根据实际真空泵驱动工况要求,设计了1台磁通切换永磁同步电机(FSPMSM)。利用有限元软件,分析对比了具有相同技术要求的FSPMSM,表贴式永磁同步电机(SPMSM)和内置式永磁同步电机(IPMSM)的电磁场、温度场及热应力场。综合分析了上述3种电机的性能差异,研究表明:FSPMSM的转子温升、轴承热形变等均优于2台转子永磁型电机。验证了FSPMSM相比于传统转子永磁型电机能更好地减小运行时的转子损耗与温升,为永磁电机拓扑结构的选择和新产品研发提供了科学的参考依据。     

塔架式抽油机电机温升研究

针对塔架式抽油机的长冲承、往复式的工作要求，以及对驱动电机体积限制的问题，提出用低速大转矩永磁同步直驱电机作为驱动电机，提高电机功率密度和运行可靠性。给出了塔架式抽油机永磁电机的电磁方案，采用有限元法对电机电磁性能、电机损耗进行了仿真计算；鉴于电机往复式运动会使电机动态过程占比较高，将稳态损耗和瞬态损耗分离并将二者等效成一个热源分析，采用有限元法进行了稳态热仿真。仿真结果验证了设计的合理性。     

PMSM定子铁耗与磁极涡流损耗计算及其对温度场的影响

采用二维有限元法对交流永磁同步电动机(PMSM)定子与磁极区域电磁场进行了分析研究,阐述了定子铁心不同区域磁场的变化规律以及磁极区域涡流场的分布规律.在此基础上,综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响,计算了电机定子饱和铁心损耗与磁极涡流损耗,并将此计算结果应用于电机的三维温度场计算中,分析了两类损耗对电机温升的影响.通过计算结果与实测值的对比分析,验证了损耗与温度场计算方法的正确性.     

高速永磁电机的损耗计算与温度场分析

高速电机由于转速高和绕组电流频率高,单位体积定子的铁耗和铜耗、转子的高频涡流损耗和表面空气摩擦损耗,与具有常速的普通电机相比皆有较大的增加。同时,由于功率密度的增加和总体散热面积的减小,有效的散热和冷却方式是高速电机设计中的一个重要问题。本文基于磁场有限元和3D流体场分析,对高速永磁电机的基本电气损耗、高频附加损耗和转子空气摩擦损耗进行了分析,并以一台额定转速为60 000r/min的高速永磁电机为例,进行了高速电机损耗的计算及测试方法研究;基于流固耦合分析对高速永磁电机的温升进行了计算,通过对一台高速永磁电机温升计算值与实验结果的比较,验证了高速永磁电机温升计算方法的有效性。     

永磁同步直线电机最大效率控制研究

针对电动机驱动系统效率问题,对永磁同步直线电机驱动系统最大效率控制进行了分析和研究。从分析永磁直线电机的电机损耗模型入手,建立考虑逆变器损耗时的系统损耗模型。利用拉格朗日优化算法,推导出永磁同步直线电机在矢量控制下稳态运行时效率最高的控制条件。基于损耗模型设计效率模糊控制器,使系统具有更好的鲁棒性。通过Matlab/simulink实验仿真验证所建立的模型在稳态下有较高的准确度,同时保证输出功率不变,实现最大效率控制。     

高速永磁发电机的设计与电磁性能分析

由于结构简单、高效率和高功率密度,永磁转子成为高速电机的首选结构,然而转子的高速旋转和定子的高频供电,对高速永磁电机的电磁与机械设计提出了新的要求。该文在分析高速永磁电机设计特点的基础上,对一台60 000 r/min、75 kW的高速永磁同步发电机进行了电磁与结构设计,基于场路耦合有限元法分析了高速永磁同步发电机的空载和负载特性,计算了负载运行时电机的电磁与机械损耗,并进行了电机的温升场分析。计算的结果表明,高速永磁发电机的设计合理,电机性能能够满足设计要求。     

永磁同步电机三维全域温度场与温度应力耦合研究

永磁同步电机通常采用变频驱动方式,使得电机磁场内谐波含量增多,损耗趋于增大并导致发热与形变加重。为研究其变频驱动下温升分布特性及温度应力的作用,以一台50 k W永磁同步电机为对象,建立了包含复杂散热结构的三维全域温度场及温度应力共同求解模型,采用有限元法对其进行耦合计算与研究,着重分析了稳态运行时电机主要部位的温升与形变分布情况。通过搭建实验平台,将实测温升与计算结果相对比,验证了温度场计算方法及结果的准确性,并确保温度应力场载荷加载正确。结果表明:永磁同步电机的最高温升出现在转子铁心处;电机各部位形变大小不仅受温升作用,还受自身结构以及施加约束等因素影响。该研究为电机设计及性能优化、故障预测提供一定参考。     

电动闸阀直驱永磁电机的设计与温度场分析

针对驱动电动闸阀的电机提出的转速低、转矩密度大、工作时间短的要求,以及工作在高温高压特殊环境中的特点,采用短时工作制直驱永磁电机代替低速性能差、转矩小的感应电机,并对电机的基本结构进行了设计。较高的热负荷会使电机温升问题变得突出,因此建立了永磁电机三维瞬态温度场求解模型,通过计算出的电机定子绕组铜耗、定子铁心损耗、永磁体涡流损耗和表面散热系数,得到电机三维瞬态温度场仿真结果。     

真空泵用反凸极永磁同步电机设计与性能分析

针对真空泵用驱动电机运行过程中存在转子温度高、散热难的问题,根据真空泵驱动工况的实际要求,设计了一台反凸极永磁同步电机和一台常规永磁同步电机。首先,利用有限元软件,分析了转子磁障尺寸对电机转矩的影响以及磁障层数对电感的影响,从而得出了转子磁障尺寸和磁障层数的合适值;其次,对两台电机的气隙磁密波形、空载反电动势和损耗等电磁性能进行了对比分析;最后,通过仿真对比分析了两台电机的温度场以及两者转子和转轴处的温升。结果表明,相比于常规永磁同步电机,反凸极永磁同步电机的转矩性能更好、转子损耗和转子温升更小,为新产品研发提供了科学的参考依据。     

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。     

深海推进用永磁无刷电机温度场分析

深海推进用永磁无刷电机在低温、高压的海水中运行,并且电机内部充油,其热源和散热条件与普通工业电机不同。准确计算推进电机的温升对其高功率密度与轻量化设计具有指导意义。以“思源号”全海深自治遥控潜水器(ARV)主推进电机为例,基于计算流体力学和传热学理论搭建了包含导管螺旋桨、推进电机及内外流域的三维稳态流场-温度场仿真模型,研究了电机充油及驱动螺旋桨旋转对其温升的影响,并分析了电机主要部件的温度分布。最后,通过温升试验验证了仿真分析的有效性和准确性。     

装甲车辆电传动系统永磁同步电动机温度场仿真

永磁同步电动机是装甲车辆电传动系统的重要部件之一,其性能指标与温升密切相关,温升分析是电机设计和验证的蕈要一环.文章以装甲车辆电传动系统的永磁驱动电机为模型,以适应电传动整体冷却系统为基础,对电机进行了数学、磁场建模,从而确定了电机的热源以及边界条件,并且利用热路法和有限元分析法对电机进行了温度场仿真,最终验证了电机设计的可行性.     

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。