电动汽车驱动电机三维CFD热分析与温升测试研究

针对电动汽车驱动电机在整车极限工况下的温升问题,采用流-固共轭传热数值计算方法对永磁同步电机的散热性能进行了仿真计算,得到了不同工况下电机定转子的温度分布规律。利用滑环模块解决了转子温升测试的难题,将不同整车工况下电机的温升测试数据和计算流体动力学(CFD)仿真结果对比,验证了仿真计算模型及方法的准确性,为整车在各种行驶路况下准确获取电机内永磁体工作温度提供了理论支持。     

车用变频调速水冷永磁同步电机三维温度场分析

为研究其三维温升分布规律,以一台48槽的纯电动车用水冷永磁同步电机作为研究对象,首先分析了电机的热损耗,计算了绕组的等效导热系数;然后采用流体场与温度场耦合法仿真计算额定工况下电机的三维温度场与峰值工况下电机的温升,符合设计要求;最后通过试验验证了仿真分析的正确性。     

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。     

车用永磁同步电机极限变工况温升特性

为了研究电动汽车在极限行驶时,车用永磁同步电机的温度分布和变化规律,提出一种极限变工况的概念。建立了电机全域温度场计算模型,采用有限元法计算了该电机在单工况下的三维温度场,并通过与台架试验数据对比,验证了仿真模型和计算结果的准确性;再对样机在极限变工况下运行时进行温度场仿真计算,得到了电机在极限变工况下的温升特性。     

高模数电磁力对永磁电机电磁振动影响

分析了永磁电机在空载和负载工况下高模数电磁力波对电机电磁振动的影响。首先通过麦克斯韦应力张量法推导了电机电磁力波的幅值、频率和模数特征。其次阐述了引起永磁电机低阶电磁振动源的高模数和低模数电磁力波特点并探讨了齿宽对两种电磁力的影响。然后计算和详细对比了电机空载和负载工况下两种电磁力波对低阶电磁振动的贡献,并用模态叠加法仿真电机的振动,对理论进行验证。最后在一台10极12槽永磁电机上进行空载电磁振动实验,与仿真计算结果吻合较好。研究表明,高模数电磁力波能引起较大的低阶电磁振动,但在分数槽电机中,其贡献程度随负载的增加而减弱。该文的研究将为永磁电机电磁振动的准确预测和减振提供思路。     

永磁同步电机突变负载转矩的模拟与分析

在负载突变工况下,准确地模拟永磁同步电机负载转矩是建立转矩前馈补偿控制仿真模型的关键。运用谐波分析方法,研究了突变负载转矩工况下q轴电流各次谐波随负载转矩的变化规律,提出了仿真模型中负载模拟准确性的验证方法,并给出了电机控制系统的仿真计算和实验结果。仿真与实测结果相近,证明所介绍的仿真建模方法是正确的。     

基于流固耦合的电动汽车轮毂电机不同工况瞬态温度场分析

针对电动汽车轮毂电机在限定空间内散热难问题,以一台高功率密度永磁同步轮毂电机为例,选取典型过载爬坡、急加速和峰值转速三种行驶工况,采用流固耦合方法对永磁同步轮毂电机在电动汽车不同行驶工况下的瞬态温度场进行分析计算,在水冷结构基础上分析不同水道数量、水道宽度及冷却液流量对电机温度场及流阻的影响,并通过改进机壳结构,有效降低电机绕组端部温升,通过试验验证了仿真计算的准确性,为轮毂电机温度场计算和冷却结构的设计提供参考.     

多工况下永磁电机损耗研究分析

无论是任何形式的电机,都涉及能量转换(机械能到电能),在这种能量此消彼长的转换过程中,能量损失即损耗是不可避免的,在电机设计过程中应将损耗的分布与占比计算的准确,精确性越高,电机性能设计误差就越小,更能够准确的达到电机综合性能的要求。随着现代工业对电机的要求,需要电机在各种复杂工况下运行工作,这提升了能量(损耗)损失的准确计算的难度。以永磁电机为例,研究探讨永磁电机多工况下的损耗计算。     

控制策略对机载雷达永磁电机峰值转矩影响分析

针对机载雷达用永磁电机对功率密度的苛刻要求与短时高过载和长时低负载转矩的工况特点,在分析表贴式永磁电机和内嵌式一字形、V字形永磁电机的气隙磁密特点基础上,对比研究了直轴电流为零控制策略和最大转矩电流比控制策略对电机输出峰值转矩的影响。研究结果表明,采用直轴电流为零控制策略,表贴式永磁电机具有更大的峰值转矩;采用最大转矩电流比控制策略,内嵌式V字形永磁电机具有更大的峰值转矩;三种类型电机,相同机载雷达应用工况下,内嵌式V字形永磁电机温升最低。     

基于联合仿真的表贴式永磁游标电机性能分析

表贴式永磁游标电机内部电磁参数复杂多变,MATLAB/Simulink不能精确反映不同运行工况下电机的实际电磁性能。将交叉耦合理论应用于表贴式永磁游标电机的磁链、电感和转矩模型的研究中,分析计算了交叉耦合对表贴式永磁游标电机磁链、电感和转矩的影响。基于ANSYS Maxwell、Simplorer及MATLAB/Simulink软件建立了场路联合仿真的电机驱动控制系统模型,测试了电机的驱动性能,并与MATLAB/Simulink定参数仿真结果进行了对比。理论分析和仿真结果表明,因电机内部电磁状态的实时变化,采用联合仿真分析方法的计算结果具有更高的准确性。     

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。     

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。     

永磁推进电机损耗及冷却效能分析

介绍了永磁推进电机损耗分布及其冷却系统,以及永磁推进电机温度场计算方法,并计算了某永磁推进电机额定工况下的温度场,将数值模拟结果与试验数据进行对比分析,验证了数值计算方法的准确性。最后对永磁推进电机的冷却效能进行了评估,从而为永磁推进电机优化设计提供了依据。     

基于Ansoft的外转子永磁同步发电机的性能分析

讨论了外转子永磁同步发电机与内转子永磁电机结构的不同之处,利用Anosoft软件中的Maxwell2D模块设计并建立了较为准确的分数槽电机模型,从而得到该电机静磁场分布和空载与负载工况瞬态场的性能计算结果,并对结果进行了分析。     

内置式永磁同步电机铁耗对电动汽车续航里程优化的影响分析

受制造工艺的影响,电机的实际铁耗与仿真计算结果差异较大。针对该影响,引入铁耗系数γ来表示电机实际铁耗与仿真计算铁耗的倍数关系,在γ为1、1. 75和2. 5的条件下,通过有限元法,对比了电动汽车驱动用的内置式永磁同步电机结构参数对车辆续航里程的影响,并以提高续航里程为目标对电机进行了优化设计,比较了优化结果的差异。分析和优化时考虑了两个循环工况:美国高速公路工况和Artemis城市工况。结果表明,铁耗差异对HWY工况的优化结果基本无影响,对Artemis工况的优化结果影响较大。     

考虑饱和的永磁电机直接转矩控制系统精确仿真模型

为了准确分析永磁同步电机直接转矩控制系统的实际动态特性,针对电机电感参数值会受磁路饱和的影响,给出了一种考虑饱和的永磁电机直接转矩控制系统的建模方法。结合冻结磁导率的方法利用时步有限元程序计算得到永磁电机d,q轴电感与电枢电流的非线性关系,并给出了永磁电机d-q坐标系下的非线性数学模型。利用该模型在Matlab/Simulink环境下搭建了考虑饱和的永磁电机直接转矩控制系统,并与线性永磁电机模型施加不同等级负载下的仿真结果做比较分析。结果表明该方法是正确和有效的,该模型能反应磁路饱和对永磁同步电机直接转矩控制系统运行特性的影响,对于永磁电机直接转矩控制系统的精确仿真建模有重要的参考意义。     

多相整流永磁同步发电机绕组内部相间短路的故障分析

该文将多回路法与有限元法相结合,建立了多相整流永磁同步发电机系统绕组内部相间短路的通用数学模型,可计算永磁电机正常及绕组内部故障工况的电气量分布,不仅适用于每相单分支的多相电机,还适用于每相多分支的情况。在一台特制的六相双分支永磁同步发电机样机上进行了故障实验,实验结果和仿真结果相吻合,验证了数学模型的正确性。在准确计算绕组电流的基础上,进一步计算了故障前后样机内部的温度场分布,结果表明故障导致样机内部温度不再均匀分布。根据仿真和实验结果,分析了该样机相间短路的故障特点,并说明了短路点附近明显升温对永磁电机的严重影响以及不同组三相绕组间相间短路引起整流桥中某些二极管过电流的潜在危害。该文研究为多相永磁同步发电机内部相间短路故障检测提供了依据。     

考虑磁路饱和的永磁同步电机弱磁调速系统仿真

该文应用一种基于电压反馈的弱磁调速策略建立永磁同步电机的弱磁调速系统,并采用Matlab/Simulink软件搭建系统仿真模型。在建模中考虑不同工况下由于磁路饱和状态不同所引起的电机参数非线性,分析磁路饱和对电机性能的影响,仿真计算考虑磁路饱和效应时电机的弱磁调速性能。通过与理论计算结果比较,验证了仿真模型的正确性。     

兆瓦级高速永磁电机转子多场耦合强度分析

针对兆瓦级高速永磁电机碳纤维护套转子结构的强度分析问题,以一台1.12 MW、18000r/min高速永磁电机为例,对电机进行了三维流-热-固耦合计算。首先采用有限体积法对电机温度场及流体场进行耦合计算,得到转子温度场分布及其传热规律,通过温升实验验证了仿真计算结果的准确性。再以转子温度场结果为载荷,施加相应约束条件,计算得到转子在服役工况下的应力分布,归纳了碳纤维护套转子在多场耦合条件下强度变化规律。     

大型矿用永磁直驱电机设计及铁损分析

针对矿用永磁直驱电机运行特点,以1000kW 65r/min 1140V大型矿用永磁直驱电机为例,在空载、额定工况下,对电机齿槽转矩、气隙磁密、反电势和负载转矩等主要性能进行电磁仿真计算,介绍电机结构特点;并进行铁损分析。