考虑温度场和流场的永磁同步电机折返型 冷却水道设计

针对永磁同步电机应用广泛的折返型水道结构,对一台额定功率68 kW的永磁同步电机建立流-固耦合的温度场、流场数值仿真模型来准确计算电机的温升与压降,并通过电机温升、压降实验对模型的正确性进行验证。然后利用该模型分析了水道中流体的流动特性,建立入水口水道宽度、水道圆角半径与水道压降的关系,得到当入水口水道宽度为45 mm,水道圆角半径为20 mm时水道压降最小,电机温升得到改善。通过对水道结构参数设计前后的样机进行温升及水道压降台架实验,测得经过设计后的电机绕组温升降低8.4℃,水道压降减小13.1%。     

皮带输送机用外转子永磁同步电机温度场研究

可移动式皮带机输送机需要经常移动,自然冷却外转子永磁电动机不需要冷却系统,移动灵活、方便,又可以直接驱动皮带机,因此是可移动式皮带输送机的首选驱动方式。自然冷却外转子永磁电机转矩密度大、额定频率低,铜耗占总损耗的比例大且因其结构细长,磁负荷偏大,又因为外转子结构使其热源部分位于电机中部,且没有水冷系统,导致其自身散热比较困难。其温升设计与普通永磁同步电机不同,对此建立一种适用于自然冷却外转子永磁电机的等效热网络模型,分析不同热负荷下电机各部分平均温度及温升情况。并通过有限元软件仿真和样机试验进行对比分析,验证热网络模型的正确性,为此类外转子永磁同步电机温升预测和电机设计提供依据。     

强迫通风在低速大转矩永磁电机上应用分析

为了解决低速大转矩永磁电机铜损耗大、局部温升过高的问题,以一台630 kW、37.5 r/min的低速大转矩永磁同步电机为研究对象,提出一种风自循环冷却方式,并对其可行性进行了计算分析。首先建立自循环强迫通风计算结构模型和数学模型,并用有限元法确定电机各部分的损耗及生热率;基于流固耦合分析方法对通风孔尺寸进行了优化设计,得到最优通风结构尺寸参数;分析了不同入口风量变化对电机温升的影响规律,同时保证入口风量相同,分析了绕组浸漆和不浸漆状态下的温升规律。在此基础上,为了解决冷却气体分布不均匀导致电机温升分布不均的问题,对机壳与风罩之间的距离进行优化设计,总结了保证气体流动均匀性的方法,为低速大转矩永磁电机的冷却系统设计提供了参考。     

真空干泵用磁通切换永磁同步电机温度场仿真分析

针对真空干泵驱动用电机在极端真空环境下工作时发热严重的问题,以一台4.5 kW磁通切换永磁同步电机(FSPMSM)为研究对象,分析了其冷却结构,并进行了温度场仿真计算。通过有限元软件建立FSPMSM三维温度场仿真计算模型,设定边界条件和热源激励,得到电机内部各部件的温度分布情况,并分析了水道截面直径、水道圈数对电机温度变化的影响。与一台技术要求相同的永磁同步电机(PMSM)在同等冷却条件下进行温度场对比分析,结果表明本电机设计合理。相比于真空干泵常用的传统PMSM,本电机能更好地减少损耗并降低温升,为开发真空干泵用FSPMSM新产品提供了一定的参考。     

车用电机温度场分析与冷却结构选择

车用驱动电机的温升表现对维持电机稳定运行具有重要意义,因此合理选择电机冷却方式至关重要。针对车用高功率密度永磁同步电机,通过计算流体力学（CFD）仿真的方法,对电机进行三维全域温度场分析,比较螺旋型、周向型和轴向型三种不同水道结构对电机冷却效果、温度分布、管流压降及水泵功率的影响,为选择电机冷却结构提供一定参考。     

基于耦合场的永磁电机损耗及温升分析

高密度永磁同步电机因其损耗及转子散热条件恶劣,会造成内部永磁体由于高温而产生高温退磁风险。本文利用电磁场与热场进行双向耦合仿真,分析永磁同步电机温升。在电磁仿真中进行永磁电机损耗计算,考虑定子电流谐波对电机损耗所产生的影响,以及考虑温度对电机材料属性的影响。将损耗输入温升计算模型,并不断进行电磁仿真的材料温度特性更新及损耗更新,从而得到更为准确的电机温升分布。并研究了利用流体流场因素对电机关键部位温升所产生的影响。通过样机进行温升实验,验证了仿真模型的准确性,为永磁同步电机的温升计算提供了依据。     

高速水冷永磁电机冷却系统分析

为了研究水冷系统对高速永磁电机冷却效果的影响,基于计算流体动力学(CFD)以及数值传热学理论,利用有限体积法对常用的轴向"Z"字型和周向螺旋型水冷系统进行详细分析,得到了水冷系统的流速、流阻及温度分布。在采用螺旋型水冷结构的基础上,对电机的流体场和温度场进行计算,分析了水道数、水道宽度、冷却水速及冷却水温对电机温升的影响。为高速电机水冷系统的设计与热分析提供参考。     

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.     

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。     

起重机用永磁电机等效热阻法瞬态温度场计算

对起重机用细长型外转子永磁同步电机瞬态温度场计算分析,由于细长型特殊结构,铜损耗约占总损耗的90%;同时定子绕组处于电机中心,散热能力差,温升计算成为永磁电机设计的关键环节。以采用S3工作制40%通电持续率对起重机用永磁电机进行温升考核,建立了起重机用永磁电机的瞬态等效热网络模型。重点分析了影响瞬态热网络准确计算温升的影响因素,提出了铜损耗热源时变加载方式。基于ANSYS有限元仿真和样机温升试验对比分析,验证了所建立的起重机用永磁电机瞬态等效热网络模型的正确性。     

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。     

基于等效热网络法的永磁同步电机温升计算

永磁同步电机体积小,功率密度高,导致它的单位热损耗大,由此引起的温升不可忽视。因此,本文采用等效热网络方法对永磁同步电机进行温升计算,首先建立了永磁同步电机的热网络模型,然后对模型中的各个节点的热阻,和部分节点的损耗进行计算和分析,最后对热网络图中的各个节点建立热平衡方程,求解方程组,得出各部分的稳态温升并通过实验进行了验证。     

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。     

电动汽车用永磁电机温升及冷却的研究

本文基于一台104kW,1250r/min的电动汽车用永磁电机,设计了螺旋与Z形的水冷结构,基于流固耦合法,对两种冷却结构下电机的流体场与温度场进行分析,详细对比了两种水冷结构下的电机绕组、铁心的温升以及轴承和永磁体的温度。另外,为了进一步优化电机的冷却结构,本文设计了不同数量、宽度的水路,研究不同水路结构对电机温升的影响。最后基于设计好的水冷结构,给定不同的冷却水速,研究水流速度对电机温升的影响,并进行了不同水流速度下的温升试验。将实验值和计算值进行了误差分析,其误差在工程允许范围内,验证了冷却方案的可行性     

地铁水冷电机温度场优化研究

在设计初期对电机进行合理有效的热设计至关重要。基于一款地铁用水冷全封闭永磁同步牵引电机项目,对电机冷却结构进行设计和优化,并采用数值计算方法对电机水道三维流场结构和电机内部温度分布进行分析。结果表明水道设计合理,温升满足电机散热需求。现展现了电机热设计基本流程,为后续同类型电机设计提供参考。     

基于自抗扰的永磁同步电机附加谐波损耗抑制方法

针对永磁同步电机在变频器供电时,由时间电流谐波所引起的附加谐波损耗过大及难以在电机初始设计时被考虑到的问题,采用场路耦合联合仿真模型来计算电机的附加谐波损耗,并以4台现有的表贴式永磁同步电机为例,通过实验验证了场路耦合联合仿真模型的有效性,为电机设计之初附加谐波损耗的选取,以及后续温升的计算提供了前期计算的方法。同时提出一种基于自抗扰技术的附加谐波损耗抑制方法,设计一种适用于永磁同步电机矢量控制的自抗扰控制器,并从理论上验证了自抗扰控制器对于时间电流谐波的抑制作用,以及针对自抗扰控制器参数众多调参困难的问题,给出一种参数整定方案。最后通过引入所设计的自抗扰控制器,对电机的时间电流谐波进行计算和分析,使电机的附加谐波损耗降低了68.1%,为同类型电机的附加谐波损耗抑制提供了一种有效的方法。     

车用强冷式永磁电机的多物理场耦合研究

为解决电动汽车车用高功率高速电机需要满足电磁、应力与温升多种需求的问题,本文提出一种全面多物理场的综合分析方法.以车用30 kW 8极内置式永磁同步电机为例,提出一种新型冷却方式——铁芯嵌入铜管直接冷却法.首先,运用有限元法对定子槽的槽深与槽宽比γs进行电磁设计优化;然后,通过对该电机的电磁损耗、流体流速、应力变形、热...     

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。     

基于最小二乘法的新能源汽车永磁同步电机温升的辨识

永磁同步电机在新能源汽车中的运用越来越广泛,温升是影响整车性能的关键因素。针对传统温升检测方法存在的问题,本文提出了基于最小二乘法递推的电机温升检测方法,并通过试验验证了其可行性。为永磁同步电机在线式温升辨识提供了参考。     

车用水冷高功率密度永磁同步电机的流体场分析

根据车用水冷型高功率密度永磁同步电机的结构特点建立了三维流体场物理模型。采用三维有限元法对机内空气的流动特性和冷却水道散热性能进行了详细分析,得到了机内空气端部空气和气隙空气的分布规律以及冷却水道的散热系数,并对20 kW车用永磁同步电机进行了稳态温度场计算和实验,测试结果验证了分析方法和结果的有效性,为车用高功率密度永磁同步电机的开发提供了参考依据。