电动车用永磁无刷直流电机温度场分析与计算

摘要

温度的变化直接影响电机的运行性能和使用寿命，本文以一台电动车用永磁无刷直流电机为样机，利用有限元技术和等效热网络法对其进行了温度场分析，得到了不同状态下电机的温升变化规律，并比较了只考虑定子的温度场和电机全域温度场计算结果的差异。具体内容有： 1、通过分析电机发热的原因，对电动车用永磁无刷直流电机的热源进行了分析计算；运用传热学原理分析了电机热交换的边界条件。 2、运用有限元分析软件ANSYS建立了定子三维温度场计算模型，使用ANSYS中的热分析模块对模型进行了分析，得出了温度场分布；用ANSYS中的POST26后处理功能，绘制了电机定子上选定点的温度一时间曲线，曲线符合均质物体发热规律，呈指数规律变化。将计算结果与实测值比较，精度满足工程要求。 3、在上述计算基础上，研究了载荷和速度对电机温度场的影响，运行速度为20km/h，载重量为60kg～85kg之间时，定子温度升高率较低，载重量为75kg，速度超过20km/h时，定子的温升较大。 4、将样机的转子和经过简化处理后的气隙，与定子一起作为温度场计算模型构成样机的全域温度场，模型用ANSYS中的热分析模块计算了温度场分布，讨论了转子和气隙对电机温度场计算结果的影响。 5、运用等效热网络法对样机全域温度场进行分析，采用手工划分网格，绘制热网络图，使参数集中于节点上，列出节点的热平衡方程，将方程联立，求解方程组，得到了各个节点的温度值。与有限元方法相比，计算的精度较差，但可以手工计算，计算结果表明，等效热网络法可以作为电机设计时的预算温度的方法，进而缩短设计周期。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章概述

1.1课题的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的工作

第2章电机温度场计算的传热学理论基础

2.1 引言

2.2热传导

2.2.1导热基本定律

2.2.2导热微分方程式

2.2.3导热微分方程式的边界条件

2.3对流换热

2.4辐射传热

2.5本章小结

第3章有限元法计算电动车用永磁无刷直流电机的温度场

3.1 引言

3.2有限元法简介

3.2.1有限元法基本思想

3.2.2有限元法基本元素和求解步骤

3.2.3有限元分析软件

3.3电机内发热热源

3.3.1绕组损耗计算

3.3.2铁芯铁耗计算

3.3.3机械损耗计算

3.4电动车用永磁无刷直流电机定子温度场分析

3.4.1绕组的等效

3.4.2确定散热系数

3.4.3有限元模型

3.4.4电机定子温度场的计算与分析

3.5电动车用永磁无刷直流电机全域温度场分析

3.5.1相关参数的确定

3.5.2有限元计算模型

3.5.3计算结果及分析

3.6 结论

第4章电动车用永磁无刷直流电机温度场的等效热网络法计算

4.1 引言

4.2等效热网络法原理

4.2.1等效热网络法的基本思想

4.2.2等效热网络法的基本步骤

4.2.3网络参数的求解

4.3电动车用永磁无刷直流电机等效热网络法计算参数的确定

4.3.1电机内热源的计算及边界条件的确定

4.3.2电机的温度场计算区域的结构离散化

4.3.3等效热网络图

4.3.4电机网格单元的热导计算

4.3.5电机网格中热源的计算

4.4热导方程组的建立、求解及结果分析

4.5电机的机构及冷却系统设计的建议

4.6结论

第5章全文总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢