基于热磁耦合分析的高性能磁屏蔽系统设计

近零磁工作环境是实现无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋惯性测量装置的必要条件,但在实际中由于装置内部气室加热和环境温度变化引起的磁屏蔽性能变化是影响系统性能的一个主要因素。基于热-磁耦合理论建立了惯性测量装置的有限元分析模型,对加热条件下磁屏蔽筒内磁场均匀性及其剩余磁场进行了分析。结果表明,气室加热至200℃时,附近温度场对磁屏蔽筒内部磁场梯度的影响较小可以忽略,但磁屏蔽筒内部剩磁相比数值解增加了0.09nT。同时基于上述模型对磁屏蔽材料的温度稳定性进行了研究,当采用高温稳定磁屏蔽材料时,惯性测量装置的长期稳定性有所提高,但磁屏蔽效能会降低。该研究为高性能磁屏蔽筒的热磁耦合误差及磁屏蔽材料性能的研究提供了理论与方法支撑,同时也为SERF原子自旋惯性测量装置的研制提供了有力的技术保障。

面向电磁装置磁-热耦合分析的异型网格映射方法

采用弱耦合有限元法求解电磁装置中的电磁场、流场和温度场的耦合问题时,电磁场计算得到的能量损耗要通过网格传递到温度场作为载荷,结合空气或液体的散热进行热分析。由于电磁场和热-流场在求解时对网格离散要求相差很大,因此若要兼顾各种场的要求需剖分成统一的有限元模型,势必会造成网格单元数很大、提高计算代价。而如果采用不同的网格模型,则无法实现网格间的数据直接映射。提出一种异型网格映射法,通过高斯积分及坐标变化来实现不同场之间不同网格的数据映射。此外,还提出了该方法的精度控制策略及误差修正系数,以保证计算结果的准确性。将异型网格映射法应用于文献中空气绝缘三相母线槽热分析中,将计算结果与常规同型网格直接映射方法及实验结果进行对比,进一步验证了该方法的有效性。

双边水冷永磁直线电机的磁热耦合分析（英文）

为了产生高加速度,设计一台12槽11极双边水冷永磁直线电机,其需要给绕组提供很高的电流密度。在这种情况下,铜耗和铁耗增加,电机热分析变得必不可少。针对该电机有水冷和无水冷两种模式,全面考虑电机所有材料建立基于双闭环算法的磁热耦合二维有限元模型。通过模型,分析热对流系数和不同频率下铁耗对温升的影响及温升对永磁体性能的影响,分析连续工作制下水流量对电机温升及推力的影响。结果表明,即使在较小的水流量时,电机的推力仍然可提高2倍。其次,分析不同工作制下电机能输出的最大推力。通过样机测试结果验证分析结果。

车用永磁同步电机磁热耦合分析

随着电动汽车对永磁同步电机性能的要求越来越高,进行该类电机的磁热耦合分析尤为必要。以一台40 kW物流车用永磁同步电机为研究对象,根据电机的结构参数在RMxprt中建立了电机的分析模型,利用有限元方法(FEM)分析电机的磁场,并计算电机的损耗。采用磁热耦合分析方法分析电机的温度场。将电机的损耗等效为电机温度场的热源,流固耦合仿真了该电机在额定工况下电机的温度场分布情况,为电机设计提供了重要的理论依据。

大功率永磁同步电机磁热耦合分析

本文以一台160kW永磁同步电机为研究对象,根据电机的结构参数在电磁仿真软件中建立了电机的有限元仿真模型,计算出电机在额定工况运行下的电磁场及铁耗和铜耗的分布情况。将三维模型导入到温度场仿真软件中并计算出各主要部分的体积,结合铁耗和铜耗的计算结果求出电机各主要部分的生热率,进而求出电机在额定工况下稳定运行后电机各部分的温度分布情况。在此基础上对电机进行温升实验,将两者结果进行对比,二者结果基本一致,证明磁热耦合仿真在分析电机内部温度场分布时准确性满足要求。

KX-ZM01涵道风扇无刷直流电机磁热耦合仿真分析

高速永磁无刷直流(BLDC)电机转速高、体积小,其温升控制较常规电机更为重要,针对用于驱动无人机涵道风扇KX-ZM01电机运行中温升过高问题,首先在电磁仿真软件Maxwell 2D中建立了电机的电磁有限元模型,计算了电机的铁损、涡流损耗和铜损。然后,将损耗以热源的方式耦合到Ansys Workbench软件中进行磁-热耦合分析,获得定子、转子、绕组和永磁体等的温度分布。最后,针对该电机温升过高问题提出在电机外壳增加散热片,并对3种不同形状散热片进行温升分析与工艺可行性评价,为进一步改进设计提供了可靠、有效的参考依据。

永磁同步电机转子涡流损耗优化及温升分析

为解决永磁同步电机转子涡流损耗引起的转子温度高、永磁钢退磁等问题,建立转子涡流损耗解析表达式,分析影响参数,并以3相8极36槽V型IPMSM为例,研究定子槽口宽度、气隙长度、转子偏心距、定子斜槽角度等参数对转子涡流损耗的影响规律,完成最优参数匹配。研究结果表明,优化后的转子结构能够有效削弱电机主气隙磁密的高次谐波,从而减少涡流损耗、降低转子温度,提高电机输出性能。

高速永磁同步电机设计及损耗温度场分析

设计了一台额定功率3.1 kW,额定转速60000 r/min的表贴式4极高速永磁同步电机,选取了性能更好的非晶合金作为高速永磁同步电机的定子铁心材料,基于该非晶合金的BH曲线对电机进行磁路设计,并建立电机有限元模型。采用双向磁-热耦合计算分析的方式,求解了电机的损耗和温升,并与0.2 mm高硅钢20JNEH1200电机进行仿真对比。得出非晶合金定子铁心电机的损耗和发热都有明显降低的结论。

基于矩形导线的永磁同步电机绕组优化设计

为实现电机绕组设计优化,基于交流损耗的产生机理探究了矩形导线几何参数对损耗与温升的影响;基于理论分析与有限元仿真结果,对比了不同绕组设计方案在产热、传热及温升方面的表现,从而获取了满足设计要求的绕组参数指标;在综合考虑制造成本的情况下,选定了定子优化设计方案。使用局部模型对多种绕组配置的损耗与温升进行了测试,验证结果显示,该绕组优化设计方案,在保证车载电机在整个运行空间内热安全前提下,显著提高了电机能量密度。

一种降低水冷式潜水电机端部损耗和温升的改进型定子压板（英文）

由于大型潜水电机中的电磁场环境非常复杂,电机端部损耗和温升的计算也变得困难。本文针对于水冷式潜水电机端部建立了三维磁热耦合分析计算模型,通过有限元法分析了端部涡流场、磁场及温度场的分布状况,计算了端盖及边框涡电流与表面损耗的大小。并根据电机端部电磁场的分析,提出了一种以降低端部损耗与温升为目的的改进型定子压板。对比分析发现,对于该型号水冷式潜水电机,使用改进型定子压板可以有效的降低电机端部的损耗和温升。本文的结论可为大型水冷式潜水电机的优化设计提供参考。

转筒式电涡流缓速器转矩特性研究

针对转筒式电涡流缓速器转矩特性进行了详细研究。给出了转筒式电涡流缓速器的结构参数。通过有限元软件MagNet和ThermNet进行了磁热耦合分析,给出了1500 r/mim恒转速情况下的磁密云图、电涡流云图和温度分布图。在此基础上给出了基于磁热耦合分析给出了电流、转速和转矩之间的关系特性。在磁热耦合分析数据结果的基础上对高速段局部转矩进行了高精度的预测。