基于磁-热双向耦合的电动拖拉机轮边电机电磁性能分析与结构优化

为预测和评估电动拖拉机轮边驱动电机的电磁性能同时优化电磁转换装置结构,该研究以一种减速式12槽7对极永磁无刷直流轮边驱动电机为对象,建立电机电磁有限元模型并通过试验验证模型的正确性,分析了空载、半载和额定负载工况下电机的动态特性。在此基础上,基于热损耗载荷构建电机的磁-热双向耦合模型,模拟分析额定负载工况下电机的温度场分布规律。结果表明,3种工况下电机最高温度均发生在永磁体部位,温升分别为54.61、77.63和87.1℃。以气隙宽度、定子槽口宽度、永磁体间距和宽度为变量,以齿槽转矩、转矩密度和永磁体损耗为优化目标,提出一种田口法-响应面法双层多目标优化方法,确定电机最佳结构参数为:永磁体间距为0.4 mm、永磁体宽度为3.5 mm、气隙宽度为1.1 mm、定子槽口宽度为4.75 mm。仿真结果表明,优化后的电机转矩密度较优化前增加了8%,永磁体损耗降低了18.6%。样机台架试验结果表明,优化后电机齿槽转矩较优化前降低了20.9%,验证了所提优化方法的有效性,对电机性能研究具有一定的参考价值。

永磁调速器磁-热双向耦合传热数值仿真与实验研究

基于永磁调速器涡流致热机制,分别建立调速器磁场和热场区域的网格有限元仿真模型。运用磁-热双向耦合的数值计算方法对调速器进行耦合传热分析,得到导体转子和永磁体的温度场分布。耦合仿真结果表明,调速器导体转子的温度沿轴向呈"中间高,两侧低"的分布形式,与单向耦合对比,运用双向耦合的仿真模型计算温度更符合试验测量值,提高了温度计算精度,为大功率调速器结构优化设计提供了理论基础。

基于磁-热耦合的永磁同步电机冷却系统优化

基于磁-热双向耦合仿真分析,运用正交试验方法,研究冷却水道类型、水路间隔距离、入口流量对绕组最高温度、永磁体最高温、冷却水道流阻、输出扭矩的影响规律,并通过综合频率分析法得到了一组最佳试验方案,即冷却水道类型为周向型,水路间隔距离为16mm,入口流量为8L/min。结果表明:该最佳试验方案下,绕组最高温为132.1℃,永磁体最高温为101.5℃,流阻为8.66kPa,输出扭矩为150.52N·m。该文对车用永磁同步电机冷却系统的优化设计具有一定的理论意义和工程参考价值。

轴向永磁磁悬浮飞轮电机损耗计算与温度场分析

轴向永磁磁悬浮飞轮电机多运行于大功率快速充放电状态,较高的功率密度和内定子拓扑结构使其存在热负荷大、损耗复杂、温升显著等突出问题,为此开展轴向永磁磁悬浮飞轮电机损耗计算与温度场分析研究。阐述了轴向永磁磁悬浮飞轮电机基本结构与工作原理,采用改进变系数IEM5模型建立了考虑高频下集肤效应对涡流损耗影响的电机精确温度场分析模型,分析得到了该电机在不同转速下的损耗变化规律。在此基础上,基于三维有限元仿真进行电机稳态温度场计算,进而根据温度场计算结果更新电磁材料温度属性参数以及电机损耗,通过磁-热双向耦合有限元法分析得到更为准确的电机最高温升和温度分布情况,为轴向永磁磁悬浮飞轮电机复杂运行工况下的散热优化设计和高效应用提供参考依据。

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。

电动汽车内置式永磁同步电机转子温度在线估计

实现电动汽车车用永磁同步电机转子温度的在线监测不仅对保证电机的正常运行至关重要,同时还能增加电机峰值转矩持续时间,最大限度的发挥电机工作潜能。因此在磁-热双向耦合思想的基础上,提出具体的用于估计车用内置式永磁同步电机(Built-in permanent magnet synchronous motor,IPMSM)转子温度的磁-热双向耦合技术路线。首先,在传统的电机集中参数模型的基础上,建立考虑电机温度影响的集中参数电磁模型;然后,根据IPMSM材料的电阻、磁密、电导率等的温度特性建立考虑电机温度影响的电机损耗模型。最后,根据传热学原理和电机损耗分布对电机进行节点划分,建立IPMSM的等效热网络模型,并利用粒子群优化算法对热网络模型中的热力参数进行辨识。联合电磁模型、损耗模型与等效热网络模型构成磁-热双向耦合转子温度在线估计模型,实现对电机转子温度的快速在线估计。通过不同环境温度和不同工况下的台架试验与实车路试验验证转子温度估计模型的准确性,试验结果表明,所提出的转子温度估计模型具有较高的估计精度,转子温度估计误差均在±3℃以内,可更大程度地提高转子温度阈值,延长峰值转矩持续时间,提高电机性能。