轴向通风内置式永磁同步电机流固耦合传热计算分析

压缩机用内置式永磁同步电机(IPMSM)由于工作场合空间的限制,需要满足更高的功率密度要求,其温升成为亟待解决的问题。以一台7.5 kW IPMSM为例,基于计算流体力学和流固耦合传热理论,设计并分析了一种轴向通风式的冷却结构。在机壳开有通风槽、转子安装风刺并开有通风孔的情况下,研究了电机内部的流体流动特性,分析了进风口数目对流体流动的影响。得出了电机各部件温升分布规律,并比较了有无风刺以及增加进风口数目对电机散热的影响。最后制作了一台12极54槽轴向通风IPMSM,通过样机试验数据验证了此冷却结构的有效性。     

大功率高速永磁电机三维全域热-流场分析

大功率高速永磁电机采用空-水冷混合冷却系统,同时存在水流域和空气流域,常规的单流域数值计算简化模型很难精确计算电机温度场。本文以一台1.12MW、18000r/min的空-水冷高速永磁电机为例,建立三维全域流-固求解域模型,提出多层变尺度网格划分方法,实现对电机网格的精细化控制。采用有限体积法对流体场及温度场进行耦合计算,揭示了水流场与空气流场的流动特性以及电机内各个部件的温度场分布特性。将全域热流场计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性。基于全流域计算结果,拟合出对流换热系数与双螺旋水道轴向位置的关系式。为高速永磁电机冷却系统优化设计等相关研究奠定基础。     

高密度车用永磁电机流固耦合传热仿真分析

为了准确分析高密度车用永磁电机的温升,解决流固交界面传热系数难以确定的困难,采用流固耦合仿真法,对电机热场进行仿真分析;并提出等效绝缘层法,以有效考虑电机槽绝缘、槽楔、导线绝缘及槽内空气隙对电机温升的影响。对一台48槽8极的车用永磁电机样机,在额定运行工况下,运用ANSYSWorkbench软件中FLUENT模块仿真分析了其热场并对样机进行了温升试验。试验数据与仿真数据吻合较好,验证了该仿真分析方法的有效性和准确性。     

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。     

双馈风力发电机三维温度场耦合计算与分析

根据流体力学以及传热学理论,阐明了流体与固体耦合直接求解温度场的数学关系.基于1.5MW双馈风力发电机电磁结构、通风结构和冷却方式,并结合电机内流体流动与传热特点,以发电机周向1/8区域作为求解域.采用有限体积元法对发电机内流体场和温度场进行耦合求解,并对求解结果进行了详细的数值分析.得出冷却空气在流通区域速度和流量分布规律;在此基础上,研究了电机温升分布规律及传热特性;将计算的结果与实测数据对比,验证了计算结果的正确性.     

基于有限公式法和流固耦合的永磁牵引电动机冷却系统设计与分析

稀土永磁电机由于其高效、高功率密度的特点,在轨道交通牵引系统的设计中受到了广泛和密切的关注。由于其全封闭式结构,牵引电动机的负载能力主要受限于冷却系统的散热能力。建立了一台永磁牵引电动机的全封闭式自循环空-空冷却系统,通过对参数散热敏感性的分析,确定了适宜的冷却结构参数范围。针对该冷却结构,应用有限公式法进行三维温度场数值计算,确定了散热系统的结构参数,并用流固耦合仿真验算了计算结果。     

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。     

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。     

基于热固耦合的高速永磁电动机转子强度分析

表贴式永磁电动机在高速运行时,转子受到的冲击大、温度高,为了保证高温高速转子的运行强度,需要对转子进行考虑温度场的强度校核.本文基于三维温度场采用热固耦合的方法对高速永磁电动机转子强度进行分析,对比冷态与工作温度下的应力分布变化,得出高速永磁电动机必须考虑温升对转子强度影响的结论.进一步考虑过盈量、护套厚度、永磁体分段...     

非线性永磁同步电机建模方法与仿真

介绍了一种基于数学方程描述的非线性永磁同步电机建模方法,分别详述了4种方式来实现模型构架,摆脱了对Simulink库中电机模型的依赖,同时进行了仿真试验。试验表明,该方法实现了电机的各种控制特性,并能满足控制要求,为更加清晰地研究电机控制系统提供了模型基础。     

永磁感应子式无刷直流电动机的转矩特性研究

针对永磁感应子式无刷直流电动机的定转子齿结构和绕组的排列对转矩特性的影响,从特定电机结构的磁导计算出发,推导出永磁感应子式无刷直流电动机的参数表达式,分析了电机的参数特征对转矩工作特性的影响。实验及分析表明,采用等效磁路和实际测量相结合的方法．可以预测永磁感应子式无刷直流电动机的电磁转矩和齿槽定位力矩特性,为电机的转矩控制提供理论依据。     

分段式永磁直线同步电动机有限元分析

为了研究提升系统的分段式永磁直线同步电动机(PMLSM)的运行特性,首先建立了其稳态有限元分析模型,分析了不同动子位置时电机的磁场分布,计算了不同动子位置、不同电枢电流时电机的静态力-位移-电流特性,得到电磁参数随动子位移及电枢电流的变化曲线;然后建立了分段式PMLSM的时步有限元分析模型,对分段绕组两两并联供电方式下,起动过程的动态特性进行了计算,得到动态过程中电枢电流、感应电动势、电磁力、动子运行速度、位移等物理量随时间变化过程.经实验测试验证了分析结果的正确性.     

一种内置式永磁同步电机设计与性能评估

根据电动汽车在额定工况下的牵引力要求,针对中型商用电动汽车设计了60kW内置式永磁同步电机。首先,根据永磁同步电机理论计算关键尺寸。其次,利用有限元方法FEM)仿真模型分析了永磁体尺寸、偏斜对电机电磁转矩的影响,并计算了电机在不同工作条件下的温度分布、损耗以及工作效率。最后,制造了试验样机并搭建实验平台,在不同工作模式下验证样机性能并与FEM仿真结果进行对比,验证了有限元设计的可行性和准确性,为电动汽车用电机的设计提供理论参考。     

Optimal design method with thermomagnetic field coupling analysis for miniaturization of permanent magnet synchronous motor

A straightforward solution for minimizing the cost of major materials used in motors, such as permanent magnets and silicon steel sheets, is to reduce the motor size as far as possible. However, there is a trade‐off between the motor size and temperature rise in the motor that should be taken into account while reducing the motor size. For achieving this, we have been developing an optimal design method based on a combination of a thermomagnetic field coupling analysis and a direct search algorithm. This paper reports the details of this design method. A multipole permanent magnet synchronous motor of an outer rotor is the test motor. The results of the torque‐density‐maximization problem involving constraints on the terminal voltage, coil‐temperature rise, and demagnetization of the permanent magnet are shown. The usefulness of our method is also demonstrated. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 183(2): 29–38, 2013; Published online in Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com). DOI 10.1002/eej.22346     

实心转子永磁同步电动机起动性能

为了准确分析实心转子永磁同步电动机从起动到牵入同步这一非常复杂的机电瞬变过程特性,以一台30 kW、6极切向式实心转子永磁同步电动机为例,采用场路结合有限元法,建立了电机二维有限元模型,给出了求解域和假定条件下的有限元方程,实现电机场、路及运动的耦合处理.在此基础上对样机起动过程进行了暂态仿真,通过对比实验数据,说明了该方法的准确性和这类电机起动性能的优越性.此外,分析了转子导条和永磁体尺寸变化对起动性能的影响,即起动时间随导条宽度增加而减小,随永磁体磁化方向长度l增加而变长;永磁体高度h过大或过小都会延长起动时间,不利于样机起动.     

一种非对称混合式永磁同步电机设计与分析

针对传统内置式永磁同步电机磁阻转矩与永磁转矩不是在相同电流相位角下达到最大,不能最有效的利用磁阻转矩与永磁转矩的问题,提出了一种新型非对称转子结构永磁同步电机设计方案,电机输出转矩和减小转矩脉动。首先,一种不对称转子结构,通过使转子不对称,使磁阻转矩和永磁转矩在相近电流相位角下达到最大,从而提高输出转矩。其次,为衡量转矩利用率,引入转矩利用率因子,利用冻结磁导率法将电磁转矩分解为磁阻转矩和永磁转矩两部分,运用有限元确定表面磁极最佳偏移角θ;最后,对提出的新型非对称转子结构永磁同步电机进行电磁性能分析,在不增加材料与制造成本的情况下,电机最大输出转矩增加7.52%,转矩脉动减小39.15%。