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科学技术创新 2024年第6期 9-12页

作者：李克谢立军刘钦生中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛

永磁同步牵引电机具有效率高、体积小、功率密度高等优点,在城际铁路运输领域应用越来越多,具有广阔的发展前景。但随着永磁同步牵引电机的单机容量日益增大,其内部损耗也随之不断增加,损耗的增加使得电机的温升不断增加。在高温环境下... 详细信息

永磁同步牵引电机具有效率高、体积小、功率密度高等优点,在城际铁路运输领域应用越来越多,具有广阔的发展前景。但随着永磁同步牵引电机的单机容量日益增大,其内部损耗也随之不断增加,损耗的增加使得电机的温升不断增加。在高温环境下,永磁体有可能产生退磁等一系列问题,影响牵引电机的稳定安全运行。本文以一台永磁同步牵引电机为例,对电机转子内置转子等较复杂部件进行合理等效,其次使用集总参数热网络法,建立能够反映电机整体热量传递的热网络结构,该结构可快速计算电机不同工况下的温度分布情况,对电机的热设计有一定的帮助。

关键词：永磁同步牵引电机内置V型集总参数热网络法温度场

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基于集总参数热网络法的永磁同步电机启动及稳态温升分析

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电机与控制学报 2020年第5期24卷 143-150页

作者：丁树业江欣朱敏刘玮南京师范大学电气与自动化工程学院南京210046

为了实现对永磁同步电机稳瞬态温度场的快速精准求解,在对电机内热问题分析方法优缺点充分剖析的基础上,以一台表贴式永磁同步电机为例,依据集总参数热网络法基本原理,并对电机结构件进行合理等效后,构建了电机全域热网络模型,采用集总... 详细信息

为了实现对永磁同步电机稳瞬态温度场的快速精准求解,在对电机内热问题分析方法优缺点充分剖析的基础上,以一台表贴式永磁同步电机为例,依据集总参数热网络法基本原理,并对电机结构件进行合理等效后,构建了电机全域热网络模型,采用集总参数热网络法对电机内温度场进行了数值求解。采用实验测试结果以及有限体积元法计算结果对本算法进行准确性验证,分别对电机启动及稳定状态下不同结构件的温升时空分布特征进行了详细分析。揭示了该类电机稳瞬态温升分布规律,为电机状态监测以及性能分析与优化提供借鉴。

关键词：表贴式永磁同步电机集总参数热网络法温升特性数值分析

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基于集总参数热网络法的永磁同步电机温度场分析

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电气工程学报 2017年第1期12卷 17-21,32页

作者：兰志勇魏雪环李虎如廖克亮陈麟红湘潭大学信息工程学院湘潭411105

永磁同步电机与其他类型电机相比性能指标尤为突出,被广泛应用于各个领域。随着电机制造业的发展,电机单机容量增加,使电机内部温升过高,影响电机的性能与可靠运行。本文在考虑高速电机永磁体涡流损耗对电机温度场的影响的情况下,用集... 详细信息

永磁同步电机与其他类型电机相比性能指标尤为突出,被广泛应用于各个领域。随着电机制造业的发展,电机单机容量增加,使电机内部温升过高,影响电机的性能与可靠运行。本文在考虑高速电机永磁体涡流损耗对电机温度场的影响的情况下,用集总参数热网络法(LPTN)对永磁同步电机进行温度场分析,建立38节点的热网络模型,真实反映了电机各部件的温升。最后,通过与有限元法(FEM)分析结果、电机温升试验结果对比,证明该热网络计算模型的正确性。

关键词：永磁同步电机温度场集总参数热网络法有限元法

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基于集总参数法的内置式永磁同步电机电磁和热研究

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作者：姚颖聪沈阳工业大学

学位级别：硕士

内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）凭借其高转矩密度、低永磁体涡流损耗等特点在电动汽车领域得到了广泛的应用。集总参数法是常用的电机分析方法之一,它能够考虑IPM电机的非线性饱和并快速地... 详细信息

内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）凭借其高转矩密度、低永磁体涡流损耗等特点在电动汽车领域得到了广泛的应用。集总参数法是常用的电机分析方法之一,它能够考虑IPM电机的非线性饱和并快速地参数化分析电机的电磁性能或是热性能,同时拥有较好的计算精度,已经被广泛应用于IPM电机的初始设计阶段。目前国内外在电机方面关于集总参数模型研究主要包括等效磁网络（equivalent magnetic network,EMN）模型和集总参数热网络（Lumped-parameter thermal network,LPTN）模型这两个方面,本文将基于这两种集总参数模型对车用IPM电机的电磁性能和热性能展开研究。首先,针对传统EMN模型在计算磁桥不均匀饱和程度较高的IPM电机,其气隙磁密计算精度不足的问题,提出了一种可考虑磁桥不均匀饱和的改进EMN模型。在分析IPM电机极间磁桥不均匀饱和现象产生机理的基础上,将其划分为四个子区域,根据每个子区域的几何结构及其磁力线走向搭建相应的多段非线性磁导单元,以考虑磁桥不均匀饱和及饱和偏移现象。以一台车用IPMSM为例,利用所提出的模型对电机的电磁性能进行了计算,并将计算结果与传统EMN模型、FEA结果及实验结果进行了对比以验证所提出的模型。此外本文还分析了改进EMN模型的适用范围。其次,针对车用IPM电机气隙中存在大量的磁动势空间谐波的问题,提出了一种用于改善电机电磁性能的磁障结构。为了使转子中所添加的磁障结构不影响电机的额定输出转矩,采用田口法对该磁障的结构参数进行优化。针对田口法存在只能在优化因子水平取值范围内寻取最优方案的限制,采用EMN模型对磁障结构参数的初始值进行选取以提高最终方案的优化效果。此外还分析了磁障结构参数对电机电磁性能的影响规律。最后,针对常规LPTN模型无法考虑温升引起电机电磁特性变化所带来的对电机温升的反作用的问题,提出了一种结合了EMN法与LPTN法的IPM电机磁热耦合计算方案,并计算了该电机的温升特性。为了验证磁热耦合的电机温度场计算方法拥有比常规LPTN法更高的计算精度,将磁热耦合的计算结果、常规LPTN法的计算结果、FEA的计算结果以及实验进行了对比。

关键词：内置式永磁电机等效磁网络法多目标优化田口法集总参数热网络法

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关节机器人用永磁伺服电机设计的研究

关节机器人用永磁伺服电机设计的研究

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作者：杨奕东南大学

学位级别：硕士

自主研发设计高性能、高经济效益的关节机器人用永磁伺服电机,有利于提升我国机器人产业的技术水平和自主创新能力,加速机器人关键零部件的国产化,增强自主品牌的核心竞争力。本文针对关节机器人用永磁伺服电机的设计和分析问题,开展了... 详细信息

自主研发设计高性能、高经济效益的关节机器人用永磁伺服电机,有利于提升我国机器人产业的技术水平和自主创新能力,加速机器人关键零部件的国产化,增强自主品牌的核心竞争力。本文针对关节机器人用永磁伺服电机的设计和分析问题,开展了以下工作:分析对比市面上主流的国内外各公司生产的永磁伺服电机产品性能,总结出与进口伺服电机相比,国产伺服电机存在的劣势,并针对减少伺服电机转矩波动总结出几种适用于批量化生产的电机设计方式。研究了永磁伺服电机的结构和尺寸。从永磁体材料、极槽配合、转子结构形式等方面具体研究,利用磁路法进行电机的快速设计,提出两种符合设计要求的电机结构尺寸方案,通过有限元法对两种设计方案分别进行电磁性能校核对比,确定本文样机采用8极12槽的设计方案。研究了加工制造误差对电机性能的影响。定义了参数敏感性,搭建有限元参数化建模平台,计算出10个电机尺寸参数对反电势幅值、平均转矩和转矩波动性能的独立敏感度,并给出定子槽口宽度和永磁体极弧系数的综合敏感性分析结果,验证了设计的电机方案处于不敏感区域。此外,对装配产生的偏心问题进行有限元建模,分析了静态偏心和动态偏心对电机性能造成的影响,得出结论转子偏心对电机反电势几乎不产生影响,但是转子偏心将增大转矩波动和永磁体涡流损耗。分析了电机设计方案的温升情况。计算出电机各部件之间散热系数,利用3D有限元计算出电机各部分损耗和瞬态温升情况。基于LTPN法对永磁伺服电机建立多维热网络分析模型,考虑各部分之间接触热阻,计算出设计方案电机的温升情况。根据设计方案制作了一台样机,利用对拖法,测试了电机的反电势和齿槽转矩以及额定负载时的转矩输出情况,并与仿真计算结果进行了对比,结果表明制作的样机反电势性能与设计偏差不超过4%,电机平均转矩及自身结构设计引起的转矩波动与设计偏差不超过9%,但受定转子装配不同心的影响,导致实验测试转矩波动较大。电机额定工况运行80 min温度达稳定状态,温升72.7℃,与有限元结果误差为2.84%,考虑定转子偏心导致永磁体涡流增大的影响,符合仿真预期结果。

关键词：永磁伺服电机电机设计参数敏感性分析有限元法集总参数热网络法

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兆瓦级高速永磁电机热性能分析

兆瓦级高速永磁电机热性能分析

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作者：李政辉南京师范大学

学位级别：硕士

随着社会工业化进程的不断加速,电机的单机容量随之增加,相比于传统的中低速电机,兆瓦级高速永磁电机具有体积小、质量轻、转动惯量小等特点,但同时,较高的材料利用率也导致了单位体积内电机损耗增加、电机散热面积减少等问题,过高的温... 详细信息

随着社会工业化进程的不断加速,电机的单机容量随之增加,相比于传统的中低速电机,兆瓦级高速永磁电机具有体积小、质量轻、转动惯量小等特点,但同时,较高的材料利用率也导致了单位体积内电机损耗增加、电机散热面积减少等问题,过高的温升成为了限制其发展的主要因素,因此研究兆瓦级高速永磁电机内散热性能以及温升分布情况具有重要意义。近年来,有限元法成为了研究电机温度场的主要手段,但由于前期需经过较长时间的建模与剖分,并不适用于电机热性能的快速参数化计算与分析,本文针对一台1MW高速永磁电机,采用集总参数热网络法,实现了电机的快速化参数建模,在保证计算速度的同时准确掌握电机温升情况。本文首先对1MW高速永磁电机进行求解域划分与离散化处理,根据电机结构特点搭建热网络模型,目标电机采用轴径向通风冷却方式,冷却路径复杂,为设置精确的散热边界,采用计算流体力学法求解电机各流体域内空气流动状态,结合经验公式求取各流固交界面散热系数,求解电机温升,实现电机温升的流固耦合计算,并与实验数据进行对比,验证集总参数热网络法的精确性。其次,为对比不同冷却条件下电机冷却性能与温升分布情况,采用计算机辅助设计软件对电机主要温升结构件进行多分段处理,快速建模的同时克服了集总参数热网络法只能求解各结构体平均温升的弊端,结合电机流体流动特性求解电机温升,着重分析了全空冷与空水冷条件下电机流体域流动特性以及电机各结构件轴径向温度分布情况,得出与兆瓦级高速永磁电机热性能相关的有益结论。最后,利用集总参数热网络法能够进行电机的快速参数化设计这一特点,结合电机热网络模型,选取主要传热路径下的热路参数进行温升灵敏度分析,通过全因子实验设计对比了不同参数对电机温升的影响程度,获取影响电机温升的关键参数,为今后的电机热性能设计与优化提供理论依据。

关键词：兆瓦级高速永磁电机集总参数热网络法流固耦合流体场温度场

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