永磁电动机转子温度场数值计算.pdf

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1、第14卷第8期鸡西大学学报Vo1．14No．82014年8月JOURNALOFJIXIUNIVERSITYAug．2014文章编号：1672—6758(2014)08—0026—3永磁电动机转子温度场数值计算王磊(黑龙江工业学院，黑龙江鸡西158100)摘要：永磁直流电动机在运行过程中涉及到的相关内容很多，不仅有电动机的控制，而且还包括电动机在运行过程中电机温升的分布情况。由于永磁电动机的转子上有永磁体的存在，而永磁材料的性能受材料所处环境的温度分布确定，因此在研究永磁电动机控制的过程中，必须研究对应于电动机不同控制状态下的转子内部温度的分布特性，这样对电

2、动机的研究才能成为完整的一体。关键词：永磁电机；转子；温度场中图分类号：TM301．4文献标识码：A一永磁电机转子温度场求解模型的确定由以上的基本假设，可以取电动机转子轴向中心截面本文主要依据传热学的基本理论，根据电动机的结构为电动机转子温度场的求解域，如图l所示。特点，在基本设计的基础上建立了电动机转子温度场的求槽楔解模型以及相应的数学模型，并结合边界条件，采用有限元法对电动机转子温度场进行数值求解。铁心1．基本假设及求解域确定。永磁直流电动机如上所述具有结构简单、起动性能好以及转子机械强度高等优点，使其成为新型永磁电机领域铜片的研究热点。在稳态运行条件

3、下，由于定子开槽，定子齿在永磁体转子表面会产生磁通脉动分量，当电枢相对于转子运动时会产生涡流，并产生损耗和发热问题。这直接关系着永磁隔磁环体的退磁问题和永磁电机的工作性能。因此准确计算永磁图1电机温度场求解域模型电机的温度场对于电机的设计和分析具有重要的指导意义。在图1中，标出了永磁电动机不同部位的名称，且所目前关于电机温度场计算的文献较多，但是未见涉及示的区域为转子铁心内表面，而区域表示转子铁心外表面。实心转子永磁同步电机温度场方面的文献，这主要是因为二数学模型及相关因素的确定这种电机较为新颖，而且其转子结构复杂，各部分损耗的确在给定电动机转子温度场求解

4、域的基础上，要想准确定十分困难。本文借鉴了水轮发电机实心磁极表面附加损地求解温度场中的温度数值，还要借助相应的数值方程和耗的计算方法来确定转子表面的损耗，建立二维温度场的数值计算方法。数学模型，准确计算转子各部分温度分布，解决了确定永磁1．求解方程与边值条件。电机温度分布的难题。根据以上的基本假设，对于各向同性媒质，导热系数为本文中的永磁电动机采用全封闭外置风扇冷却结构，常数，在直角坐标系下的二维稳态热传导方程为：内部无通风系统。为了确定电动机转子温度场的求解域，oZTh32T：：-qv(1)需要给出如下的基本假设：axoy(1)认为电机沿轴向的热流密度为

5、零，故可将三维温式中T一待求温度(℃)；度场问题转化为二维温度场问题求解分析，从而简化计算一材料的导热系数(W／(m·K))；难度和节省计算时间；qv一热源密度(W／m)。(2)隔磁环和转轴之间没有热传递；根据假设条件，对转子铁心内表面给出第二类边界条(3)转子表面损耗集中在一个透人深度内。件：作者简介：王磊，硕士，讲师，黑龙江工业学院。研究方向：物理与电工电子技术。·26·第8期永磁电动机转子温度场数值计算2014生a空气的运动粘度(m／s)。加Tl。．=0(2)临界雷诺数Re。的表达式为：式中n一转子表面单位法向矢量。Re=41．2JRi／8(7)电动

6、机转子表面通过对流散热，可以给出第三类边界式中Ri一定子的内径(m)。条件：(1)当ReRe，气隙中的空气流动为紊流，这种状态式中0l一散热系数(W／(m·K))；下，气隙的有效导热系数可用下式计算。T，一气隙内冷却空气的温度(℃)。Ⅱ=0．0019·蜊·Re。·删。‘1’(8)从而求解域内二维稳态温度场微分方程以及边值问题式中=ro／Ri。可以综合表示为：(3)转子表面附加损耗的计算。：磐+磐：-qv在永磁直流电动机中，由于绕组非正弦分布，受定、

7、转oxoy子齿槽效应的影响，电机气隙中存在一系列高次谐波磁场，0To(4)这些高次谐波磁场会在实心转子表面产生附加损耗。根据0T电磁场理论，可得空载额定电压时实心转子表面的附加损一d(T-T)耗，即：由变分原理可知，给出式(4)的泛函：PFe。=ko(t1Bo)(Z1nⅣ)(9)J(T)=丁1』式中k0～计算表面损耗所用的系数，与磁极材料性质。[(罢)+()】ds有关；t。一定子齿距(m)；一』sTqdS+÷』2(T-2Tf)TdLB。～齿谐波最大磁通密度(T)；=min(5)z一定子槽数；式中S一求解域。n一同步转速(r／min)。当泛函取极值，即=0时

8、，可知KT=F。若将由定子各次相带谐波磁势产生的各次相带谐波磁场的