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。     

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。     

高速永磁电机的损耗计算与温度场分析

高速电机由于转速高和绕组电流频率高,单位体积定子的铁耗和铜耗、转子的高频涡流损耗和表面空气摩擦损耗,与具有常速的普通电机相比皆有较大的增加。同时,由于功率密度的增加和总体散热面积的减小,有效的散热和冷却方式是高速电机设计中的一个重要问题。本文基于磁场有限元和3D流体场分析,对高速永磁电机的基本电气损耗、高频附加损耗和转子空气摩擦损耗进行了分析,并以一台额定转速为60 000r/min的高速永磁电机为例,进行了高速电机损耗的计算及测试方法研究;基于流固耦合分析对高速永磁电机的温升进行了计算,通过对一台高速永磁电机温升计算值与实验结果的比较,验证了高速永磁电机温升计算方法的有效性。     

潜油电机整体三维温度场耦合计算与分析

为了研究井下工作的潜油电机各个部件温度分布情况,考虑潜油电机特殊的结构建立了包括电机定转子、扶正轴承、隔磁段、轴向范围内的气隙间润滑油、机壳以及机壳外流动原油在内的整体三维模型,依据数值传热学及流体力学相关理论,根据电磁计算求解得出YQY-143系列40kW电机的热源,采用有限体积方法利用耦合传热边界条件求解该电机的三维稳态温度场,得到电机整体的温度分布云图,并分别提取电机各部分最高温度。将计算结果与利用有限元方法所得计算结果进行对比分析,对比结果表明两种方法计算所得电机各部分温度相一致,证明计算方法及结果准确性。电机各部分最高温度值符合该系列电机绝缘等级的要求。     

潜油电机机械损耗的分析与计算

针对潜油电机的结构特点，通过对大量的实验数据进行研究分析，运用流体力学的基本理论推导出了潜油电机的机械损耗计算公式；通过对实际电机的计算，验证了该公式的正确性。     

用流固耦合方法计算充油式潜水电机性能

准确计算潜水电机的损耗对计算潜水电机的运行性能具有重大意义。通过对潜水电机气隙流场域的计算来较精确计算潜水电机的机械损耗。采用流固耦合方法对潜水电机正常工作时转子因气隙流场所产生的粘性摩擦力进行计算,进而得出潜水电机的粘性摩擦损耗。再用电磁计算软件对潜水电机进行磁场分析,计算出电机的铁耗和铜耗,同时得出电机的起动性能。与实验数据相对比,误差在工程误差允许的范围之内,验证该方法对充油式潜水电机机械损耗计算的有效性。     

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.     

潜油电机内循环油路对潜油电机传热的影响

基于流体网络解耦方法研究了潜油电机内部循环油路对潜油电机传热的影响。根据潜油电机轴向流场的重复性,以气隙、转轴内腔和扶正轴承甩油孔处的流体流速和压力之间的关系作为边界条件,对潜油电机全域流体场进行分区解耦,对局部典型区域通过三维流场分析,得到不含循环油路、油路垂直和油路重合情况下的潜油电机内部各部件温度的分布情况以及电机内部流体的流动状态,并给出了循环油路对潜油电机温度场和电机内部流体的流动特性的影响。通过与样机的试验数据对比分析,验证了流体网络分区解耦方法的有效性。为研究特殊结构电机的全域流体场及其热效应提供了理论依据。     

高速电机风摩损耗计算及温升分析

损耗的计算对于电机设计及性能提升具有重要意义,而风摩损耗对高速电机的设计计算尤为重要,高速电机不同于中低速电机,其风摩损耗不能仅通过经验公式计算。为此,本文以一台新型高速双凸极开关磁阻电机为实验样机,根据高速开关磁阻电机的结构特点及通风特性,以流体力学计算为基础建立了风摩损耗流体场物理模型,利用Fluent软件对模型进行有限元仿真计算得到风摩损耗数值,接着分析了摩擦系数及转速对风摩损耗的影响。通过ANSYS对电机建立三维有限元模型,将电机主要部件的损耗值换算为热密度添加到电机模型中,并对其进行热流耦合分析,考虑到电机具有水冷及轴向通风两种冷却方式,仿真对比分析了冷却流体流速对电机冷却效果的影响,结果表明：轴向通风的冷却效果比水道冷却好得多,转子最高温度可降低100℃左右。     

潜油电机转子三维温度场分析与计算

5针对结构特殊的潜油电机工作时温度无法测量的问题,通过对其一个转子单元的部分铁心及半个扶正轴承建立三维有限元模型;利用流体力学及传热学原理,结合潜油电机特殊的油路冷却循环系统,计算了气隙中绝缘油与转子铁心表面和空心转轴中润滑油的对流换热系数;根据计算电磁场求解出的热源,结合相关系数,对其转子三维稳态温度场进行了求解,得到潜油电机转子和相关部件的温度分布.同时将本文与其他方法计算结果进行对比分析,证明计算模型和方法的准确性.     

高速永磁电机转子风摩耗对温升的影响

高速永磁电机（HSPMM）结构紧凑、功率密度高、散热困难,易使转子永磁体因温度过高而发生不可逆退磁。以一台额定转速为30 000 r/min的HSPMM为例,基于计算流体力学和数值传热学的原理,从工程实际应用的角度,对不同通风量下的转子风摩耗及温升进行计算分析,并与电机温升试验进行对比。研究表明：HSPMM转子风摩耗占总风摩耗比重较大,且该比重随着流量的增加而增加;通风量达到一定值后,电机散热达到平衡,转子风摩耗随着流速的增加而急剧增加,使永磁体温度升高。增加机座水冷后,可以降低通风量,使电机达到理想温升水平。     

潜油电机永磁化的一些基本问题

本文对近年出现的一类特种高效节能型永磁同步电动机--潜油永磁同步电动机作了较为详细的介绍,分析讨论了其基本原理及技术难点问题,并结合作者在该课题上的科研工作,针对普通潜油三相异步电动机永磁化改造中的问题,提出一些解决措施与办法.     

深井泵用永磁同步潜水电机性能分析与成本计算

目前在深井泵市场中,感应潜水电机的应用较为广泛,但是普遍体积大、效率低,水泵耗能严重。永磁同步电机具有高效率、高功率因数以及大功率密度等优点。因此用永磁同步电机代替感应电机作为深井泵的驱动设备,既能提高电机的性能,又能节能减费,响应国家“碳减排”的号召。为了满足最新电机能效等级的要求,根据深井泵对其配套电机要求的特殊性,针对市面上一款22 kW的深井泵用感应潜水电机,设计出一款相同型号的永磁同步潜水电机。运用有限元分析计算,对其在额定工况下性能参数以及各类损耗和感应电机的数据进行对比分析,并对所设计的永磁同步电机进行温度场仿真验证其合理性。对两种电机生产成本以及能耗值进行经济效益评估,计算结果证明所设计的永磁同步潜水电机在一定的时间内便可以完成电机的成本回收,性价比优越,同时为同类深井泵用电机的设计分析提供参考。     

永磁力矩电动机流体场分析与温升计算

利用流热耦合场对力矩电动机的温升进行了研究。着重研究机座表面散热系数对水冷电机通水和不通水状态温升的影响,通过循环迭代法获得不通水状态电机机座表面散热系数。通过试验验证,该方法获得的散热系数较接近电机实际散热能力。文章研究了不同冷却水温对该电机散热情况的影响,为该类电机设计时初始水温的选取和电机散热条件的改善提供参考。     

高温超细长潜油永磁电机温升研究

潜油电机槽满率低、振动大,增大了绕组绝缘损坏的风险。为此,提出一种定子模块组合式潜油电机(MCSPMM)结构,能够有效增大电机的槽满率,减小电机振动。但在高温高压的工作条件下,需要对这种特殊结构电机的温升进行进一步设计和校核。由于实际工况下电机温升测试困难,为了确保电机运行的稳定性,对超细长潜油永磁电机的温升进行了研究。其发热量可用热负荷进行近似考量并用有限元进行了验证,计算极限工况下电机的温升分布,为超细长MCSPMM的设计提供重要依据。     

高速浸油永磁同步伺服电机的损耗分析

补油泵伺服电机作为机电静压伺服机构(EMA)的动力源,与柱塞泵配套使用构成补油伺服电机泵.伺服电机泵在工作过程中一直浸入航空液压油中,而伺服电机在运行过程除了电机固有的铜损耗、铁心损耗以及机械损耗,转子还会与油液搅动产生搅油损耗.由于液压油油液粘度较空气大得多,因此与传统在空气介质中运行的伺服电机相比,补油泵电机在运行...     

潜水永磁辅助同步磁阻电机转子电磁方案设计

为了满足最新电机能效等级国家标准的要求,提高电机的运行效率,以一台55 kW的充水式潜水电机为例,提出了一种永磁辅助同步磁阻电机(PMASRM)转子电磁设计方法,结合转子再制造技术,取代传统的潜水感应电机转子,将其改造成为潜水PMASRM。设计的潜水PMASRM和传统的潜水感应电机具有相同的定子铁心结构和绕组形式,提高了材料的利用率,降低了制造成本。有限元仿真结果表明,改造后的潜水PMASRM效率比潜水感应电机得到有效提高。     

基于流固耦合方法的真空泵用屏蔽电机冷却系统分析

针对罗茨真空泵驱动电机在特殊环境下运行温升过高而导致电机烧毁的问题,通过流固耦合法综合选择合适的冷却系统,以保证电机的有效散热。以5 kW电机为研究对象,通过有限元法建立周向螺旋水路和轴向折返水路的电机仿真模型。基于流固耦合传热理论,分析电机内冷却介质的流动状态和电机温度分布,利用计算流体动力学(CFD)和温度场从流速、进出水口压差、电机鼠笼和绕组的温度分布等方面综合比较并选择更合适的冷却水路结构和尺寸配置。最后,对相应样机进行温升试验。试验数据与仿真数据吻合较好,从而验证了冷却系统设计的合理性以及仿真分析的准确性,为产品批量生产提供了科学依据。