非晶合金轴向磁通永磁电机冷却系统设计及热计算

发布时间：2017-04-07 20:06

  本文关键词：非晶合金轴向磁通永磁电机冷却系统设计及热计算，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：非晶合金具有优异的电磁性能,用其替代常规硅钢片作为电机铁心,能够降低电机的损耗、提高电机的效率,节能效果显著。但是轴向磁通永磁电机具有功率密度高、体积小、结构紧凑和散热困难等特点。永磁体剩磁密度受温度影响较大,进而影响永磁电机的电磁性能和运行特性,工作温度过高还会产生不可逆退磁。电机温升关系到电机的寿命与可靠性运行,良好的冷却结构能够大大的降低电机温升。因此,在电机设计阶段,准确预测电机温度以及一套高效的冷却结构对其十分重要。首先,通过传热学和流体力学等学科知识,对轴向磁通永磁电机进行简化并建立了离散化的热计算数学模型,编制了非晶合金轴向磁通永磁电机热网络程序及计算平台,并用20kW轴向磁通永磁电机进行计算验证;运用有限元法和样机试验对热网络程序及计算平台进行准确性验证。其次对7kW非晶合金轴向磁通永磁电机的冷却结构进行了研究分析,对不同冷却结构进行流体温度场数值仿真,将仿真结果进行对比分析和优选,经对比分析得到螺旋型结构冷却效果最佳。以螺旋结构为模型,对水道进行了冷却区域、螺旋圈数、肋片厚度和轴向长度的设计和优化计算,设计出一套高效的冷却系统方案。最后,在优化设计的冷却结构基础上,进行了优化前后电机冷却效果的对比,得出优化后的螺旋结构能够显著降低电机温升;基于热网络计算平台对电机温度场进行了研究:改变螺旋结构冷却水入口速度和温度,对其进行温度场数值仿真,通过仿真结果分析得到最佳水速和入口温度与电机温升的关系;改变转轴导热系数,得到了对电机温升的影响曲线和选取标准。通过以上研究分析,为非晶合金轴向磁通永磁电机的冷却系统设计和温度场计算,提供了方法和参考依据。
【关键词】：非晶合金 轴向磁通永磁电机 热网络 流体场 冷却系统
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 课题国内外研究现状10-17
• 1.2.1 水冷却系统的发展现状10-13
• 1.2.2 热计算的发展现状13-17
• 1.3 课题的主要研究内容17-18
• 第2章 非晶合金轴向磁通永磁电机热网络平台18-37
• 2.1 等效热网络的基本原理18-19
• 2.2 非晶合金轴向磁通电机等效热网络分析与计算19-32
• 2.2.1 网格划分19-20
• 2.2.2 各节点热网络方程20-29
• 2.2.3 热网络计算平台的实现29-31
• 2.2.4 样机的计算31-32
• 2.3 利用有限元法验证热网络计算平台32-35
• 2.3.1 有限元法计算模型的适当简化32-33
• 2.3.2 有限元法计算样机模型33-35
• 2.4 试验验证35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 非晶合金轴向磁通永磁电机水冷系统设计与分析37-51
• 3.1 计算流体力学基本理论37-38
• 3.2 电机的冷却介质38-39
• 3.3 水路结构的对比39-44
• 3.3.1 螺旋水道温度场求解及分析40-41
• 3.3.2 并联水道温度场求解及分析41-43
• 3.3.3 串联水道温度场求解及分析43-44
• 3.3.4 冷却结构的对比及优选44
• 3.4 螺旋水道设计44-49
• 3.4.1 冷却区域的选择45
• 3.4.2 螺旋水道个数的确定45-46
• 3.4.3 肋片厚度的选择46-48
• 3.4.4 水道轴向长度的选择48-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第4章 非晶合金轴向磁通永磁电机温度场计算51-58
• 4.1 端盖冷却结构优化前后温度场对比51-53
• 4.2 基于热网络计算平台温度场分析53-57
• 4.2.1 热网络法与有限体积法计算值对比53
• 4.2.2 冷却水速对电机温升影响53-55
• 4.2.3 冷却介质温度对电机温升影响55
• 4.2.4 转轴导热系数对电机温升影响55-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 结论58-59
• 参考文献59-62
• 在学研究成果62-63
• 致谢63

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