永磁电机温升计算及冷却系统设计

摘要

永磁电动机相比其他类型的电动机其性能指标突出，将广泛应用于各个行业。但是随着电机工业朝着大容量、高功率密度、小体积的趋势发展，永磁电动机温升与其它各项指标在配合上发生了分歧。为了解决这些问题，就要对永磁电机进行合理的冷却设计及温度计算。永磁电机的温升计算除了要考察定子绕组处的受热，同时也要兼顾永磁体的温度情况‰本文对永磁电机的温度计算及冷却系统进行了如下分析设计： 首先，通过电磁学与传热学、流体力学等边缘学科，对永磁电机进行温度场分析。其中对自冷径向永磁电机温度场进行详细地分析与计算。利用等效热网络法，即离散网格，使参数集中化，列出方程组，解出各剖分点的温度值。采用与其相对应的经验公式及实验结果确定永磁电机的散热系数。 其次对径向永磁电机的损耗分布进行说明，不仅从数量上对槽内绕组损耗和端部绕组损耗做出了区分，而且从理论上对定子轭部和定子齿部的损耗进行分析，以确保在损耗分布上尽量使误差减少。其次利用ANSYS、ANSOFT软件，采用有限元方法对永磁电机稳态、瞬态时的温度分布情况进行分析。利用上述方法对TYJS机床电机4.4kW-3000进行分析，比较其理论值与实验值之问的误差，结果比较满意。 最后，本文对5kW-450双定子-单转子盘式电机的温度场进行分析。由于径向电机与盘式电机在结构上的区别，分别对盘式电机的损耗分布、散热系数的求取等不同之处与径向电机进行比较。对盘式电动机外部冷却系统的设计上，采用假定系数法，反推风扇结构，合理地设计了该样机的冷却系统。通过以上的分析，能够较准确计算电机的温度值，从中得出其局部过热点。这样给电机的改进和研制都带来了方便。

目录

文摘

英文文摘

声明

1概述

1.1课题的目的及意义

1.2国、内外研究现状

1.3论文的工作

2永磁电机温度场与冷却系统的基本理论

2.1传热的基本定律

2.1.1物体的散热方式

2.1.2热传导定律

2.2温度场计算方法

2.3冷却系统的基本理论

2.3.1冷却系统的概述

2.3.2网路特性的确定

2.3.3电机通风系统的结构

2.4本章小结

3径向永磁电动机温度场的计算

3.1等效热网络法计算样机温度值

3.1.1电动机内热源分布

3.1.2样机的热源分布情况

3.2温度场分析与计算

3.2.1网格划分

3.2.2机座散热

3.2.3定子散热

3.2.4绕组的分析计算

3.2.5永磁体的分析及计算

3.2.6转子的分析及计算

3.2.7热导方程组及其求解

3.3有限元概述及应用

3.3.1有限元的介绍

3.3.2边界条件

3.3.3有限元实际边界条件的估算公式介绍

3.3.4利用ANSYS软件计算样机的温度场

3.3.5 ANSOFT计算样机的温度场

3.4样机理论计算与实验间的比较

3.4.1实验方法

3.4.2实验值与理论值间的比较

4盘式永磁电动机的温度场分析

4.1盘式电动机的网格划分

4.2盘式电动机的损耗分布

4.3盘式电动机的热传递途径

4.3.1空气隙中的热传递

4.3.2风冷

4.3.3等效热网络法计算的理论值

4.4有限元分析盘式电动机的温度场

4.4.1盘式电动机的二维场分析

4.4.2盘式电动机的三维场分析

4.5本章小结

第五章结论

参考文献

在学研究成果

致 谢