非晶合金轴向磁通永磁电机冷却系统设计及热计算

• 作 者: 张华伟
• 发表日期: 2016年期
• 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

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。