永磁铁氧体烧结过程温度场有限元分析

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铁氧体生产工艺技术——铁氧体的烧结(一)

《铁氧体生产工艺技术》
❖ 永磁铁氧体的烧成中，在择优取向方面利用二次再结晶是有益的，这种磁材的烧结要求获得高密度以及高度择优取向，成型时通过强大的磁场作用可使粉料颗粒达到相当大程度的取向，
❖ 3、第二相、气孔对晶粒生长的作用 ❖ 在烧结过程中晶粒生长常被少量第二相或气孔所抑
制，夹杂物的存在增大了晶粒界面移动所需的能量，因而抑制了晶粒的长大 ❖ 夹杂物可能：（1）与界面一起移动，阻碍小；（2）与界面一起移动，
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 对于所有气孔均符合热力学收缩密度有所不同的磁体，初始密度对烧结密度的影响是不大的。但如果初始密度过低，热力学稳定，致密化将受明显影响，初始密度高，R小，σp大，有利于致密化。
❖ 铁氧体内部气孔的大小、形状、分布与烧结温度和时间有关。
❖ 当原始配方中氧化铁含量略低于正分比时，可获得高密度；反之，如氧化铁含量略高于正分比，则很难得到致密的样品
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 复习上次课重点： ❖ 固相反应； ❖ 固相反应分析； ❖ 加速固相反应，缩短烧结周期（时间），需
考虑的有关因素； ❖ 添加剂的作用。
《铁氧体生产概念 ❖ 烧结是将成型好的坯件，在常压或加压下， ❖ 在空气中或保护气体中， ❖ 高温（T＜T熔点）加热， ❖ 使颗粒之间互相结合（粘结），从而提高成型坯件的
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 课后小结： ❖ 一、气孔与致密化的关系，气孔与晶粒生长和致密度
有关， ❖ R＜Rc，气孔收缩，R＞Rc，气孔趋于生长； ❖ 二、降低气孔率的措施（六条）； ❖ 三、常用烧结技术有：①低温烧结，②热压烧结，③
气氛烧结。 ❖ 作业布置： ❖ 制备高密度铁氧体，降低气孔率应采取哪些措施？ ❖ 2、常用的烧结技术有哪些？

锶永磁铁氧体烧结过程中的质量问题探讨-张红

锶永磁铁氧体烧结过程中的质量问题探讨张红（宜宾职业技术学院材料1081班，四川宜宾644007）摘要铁氧体磁性材料是电子功能材料之一，应用领域广泛，市场需求巨大。

主要应用在电机、变压器、电子仪表等生产设备领域；汽车、家用电器、核磁共振等消费或医疗领域。

现在，全球磁性材料产业纷纷向中国或第三世界地区转移，随着磁性材料产业向中国的转移，中国磁性材料工业的整体实力不断增强，进一步加速了中国成为世界磁性材料生产基地和销售市场的步伐。

本文就锶永磁铁氧体烧结过程中常见质量问题进行探讨，进一步对烧结中质量问题的原因进行分析、控制，加强对质量的检测与反馈，及时有效地采取有效预防措施，真正达到保证制品的性能、质量以及产品合格率等指标的稳定和提高，从而让锶永磁铁氧体在磁性材料领域赢得更广阔的市场空间。

关键词：锶永磁铁氧体材料；烧结；质量问题Discussion on quality problems of strontium ferrite sintered processzhanghong(Department of Electronic Engineering,Yibin Vocational&Technical College,Yibin644003,P.R.China)ABSTRACTFerrite materials of electronic functional materials,widely,large market demand.Mainly USES in motors,transformers,electronic instrument equipment field; etc.Cars,household appliances,nuclear magnetic resonance consumption or medical field.Now,the global magnetic material industry in China or the third world region,with the magnetic material industry of China,China's transfer to the overall strength of magnetic material industry unceasing enhancement,accelerates the China becomes the world magnetic material production base and sales market construction. This strontium hard ferrite sintering process is discussed,the quality of sinter quality problems in further reason of points,control,to strengthen the quality of detection and feedback,timely and effectively to take effective preventive measures,ensure the quality and performance of products,product rate of index,so that to stabilize and improve the hard ferrite magnetic materials at5100has a broader market space.Keywords:Strontium hard ferrite materials；Sintering；Quality proble前言随着世界经济的不断进步与发展，永磁材料作为一种重要的功能性材料在科学技术各个领域越来越发挥其特有的作用，广泛应用于电子信息产业、汽车、摩托车行业、航空航天、家用电器、交通运输及其他工业部门。

第三讲温度场的有限元分析

1 1 2
2
...
二维单元
Ni ( x)ui
1
n
注：Ni可为Lagrange、 Hamiton多项式或形函数，在+1~-1间变化
u ( x, y ) N i ui
1
n
v( x, y ) N i vi
1
n
第三讲温度场的有限元分析
参考：《有限单元法在传热学中的应用》，孔祥谦编著，北京：科学出版社，第三版，1998.9 （TK124/7）
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分

温度场基本方程推导
• 整理得：
c T T T T (k x ) (k y ) (k z ) Q 0 t x x y y z z
• 满足上述热传导方程的解有无限多个，为了确定真实的温度场，必须知道物体初始瞬态的温度分布，即初始条件，称为第一类边界条件 T ( x, y, z, t )t 0 T ( x, y, z ) • 同时，还需知道物体表面与周围介质间进行热交换的规律，即边界条件，有三类边界条件。
边界面上的热流密度q[w/m2]为已知
2T 2T 2 0 2 x y
T k n
q 0
1
平面稳态温度场的有限元法
• 2、平面稳态温度场的泛函第三类边界条件平面稳态温度场

磁力机械转子系统稳态温度场的有限元分析

维普资讯
２００７年８月
安庆师范学院学报（自然科学版）
ＪｕｌｆｎｉｅｃｅｏｅｅＮｆｒＩｃｎｅＥｉｎ）ｏｍａｏｑｇａｈｍＣｆｇ（ａｕｉｃｄｉＡｎＴｆａＳｅｔｏ
ｌ＝ｓｑ，
作者简介：进梅（９９）女，李１６一，安徽滁州人，合肥工业大学在职硕士生，州职业技术学院讲师，滁主要从事物理学及机械电子工程教
学与研究。
维普资讯
第３期
李进梅．勇：王磁力机械转子系统稳态温度场的有限元分析
统布置方式。，文献标识码：Ａ文章编号：０７－２０２０）３０２－３１０－６（０７０－０６０４
关键词：温度场；数值解法；限元；有建模；后处理
中图分类号：５２０２
０引言
电磁轴承、磁离合器等各类电磁铁驱动机构在实现能量转换的工作过程中，随着热量产生和电伴传递，将引起工作部件如旋转件转子持续温升，部件失效，无法保证系统正常工作。同时，度温这使而过升会引起结构件热变形而影响约束精度及系统动态性能。为了较准确地了解温度场分布和变化规律，需对温度场进行分析。温度场分析方法目前采用较多的是有限差分法和有限元法。由于有限元法能适应复杂场域的边界、散点过渡较好、好的精度、于形成通用程序，温度场分析中被广泛采用。离较易在本

永磁电机三维温度场计算与分析

永磁电机三维温度场计算与分析杨明国;张松【摘要】本文以某型永磁电机为例，建立永磁电机的三维周期对称模型，采用有限体积法，对其在额定功率下的温度场进行了计算。

通过温度场数值计算结果与实测数据对比，验证了所建模型的合理性，为该种永磁电机发热的仿真计算提供了参考依据。

%Based on one permanent magnet motor, a 3D, periodical and symmetrical model is established, where the temperature field under rated power using the FVM (finite volume method) is calculated. By comparison the numerical s,imulation with measurement results, it proves that the established temperature flied model is reasonable, which is a good reference to the temperature field calculation this kind motor【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2012(032)012【总页数】4页(P8-10,14)【关键词】永磁电机;温度场;流体场;CHT【作者】杨明国;张松【作者单位】海军驻七一二研究所军代室,武汉460064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言温升是考核永磁电机的一个重要指标[1]。

永磁电机结构复杂，其温度场的准确计算很大程度上取决于冷却系统内冷却介质的流动情况。

目前大多数文献都是采用有限元法，将冷却系统内冷却介质温度场的影响转换为对流换热系数，将其作为边界条件加载到电机温度场计算中[2,4]。

永磁铁氧体烧结过程应力场有限元分析

锶钡铁氧体材料是一种重要的硬磁材料。它的使用不仅节约了镍、等大量战略物资，钴而且其在高频段（电视机的部件、波器件以及其它国防器件）物如微的理性能难以有其它硬磁材料可以替代［。目前，着１］随
维普资讯
助
能
财
料
２００７年第８期（８卷３）
永磁铁氧体烧结过程应力场有限元分析
陈锟，惠芬，克家陈刘
（海应用技术学院材料工程系，上上海２０３）０２５
电子设备小型、型、型化技术的发展，轻薄对永磁铁氧体器件的性能、积、量的要求越来越高，量越来体重产
的其它物体之间，者物体内部各区域之间相互约束或所产生的应力称为热应力［。热弹性理论用于研究固７］
＝
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烧结使成型好的铁氧体生坯结合成具有一定强度的铁氧体材料Ｌ。烧结直接决定永磁铁氧体产品的最终组３］
成、的分布、相晶粒大小、密性、观及性能。长期以致外
体材料的热应力问题。在热弹性问题中，传导方程热和运动方程是不能独立求解，需将位移分量和温度必变化作为耦合问题求解，这类问题称为耦合热弹性故问题，简称热耦合问题。本文以轴对称的永磁铁氧体磁瓦为研究对象，论其弹性热应力分析的有限元法。讨

永磁铁氧体预烧料的生产工艺是怎样的

永磁铁氧体预烧料的生产工艺是怎样的1.原料筛选：首先，从供应商处获取适用于永磁铁氧体制备的原料，包括铁氧体粉末、稀土氧化物和其他辅助材料。

原料的选择要基于其化学成分、颗粒大小和磁性能等因素，以确保最终产品的质量和性能。

2.原料研磨：将粗颗粒的原料进行研磨，以获得细致均匀的粉末，以提高后续工艺的可控性。

研磨过程通常使用球磨机或气流磨等设备完成，根据不同原料的特性进行调整。

3.配料和混合：根据永磁铁氧体的化学配方，将粉末原料按一定的比例进行混合和均勻搅拌。

这一过程通常使用高速搅拌机或圆盘式混合机等设备完成，以确保配料的均匀性和一致性。

4.压制成型：将混合后的原料进行压制成型，通常使用粉末冶金压力机完成。

压制过程可以采用模具压制或注射成型等方式，以获得所需的形状和尺寸。

压制过程中需要控制压力和温度等参数，以确保所得的坯体具有一定的密实度和烧结性能。

5.预烧和烧结：将压制成型后的坯体进行预烧处理，以去除有机物和控制晶粒的生长。

预烧通常在氧气氛下进行，温度和时间会根据具体的工艺和配方进行调整。

6.粗磁研磨：将经过预烧处理的坯体进行研磨，以获得理想的粒度和平滑度。

研磨过程通常使用球磨机或研磨机等设备完成。

7.二次成型：将研磨后的预烧料再次进行成型，以获得所需的形状和尺寸。

二次成型可以采用模具压制或注射成型等方式，以进一步提高坯体的密实度和烧结性能。

8.最后烧结：将经过二次成型的坯体进行最后的烧结处理，以实现晶粒的长大和晶界的固相扩散，得到具有优良磁性能和物理性能的成品。

烧结过程通常在氧气氛下进行，温度和时间也会根据具体需求进行调整。

9.检测和包装：对最后烧结的永磁铁氧体进行物性和磁性能的检测，以确保产品符合要求。

合格的产品将经过清洗、包装和标识等工艺，最终通过质检合格后进入市场。

总结：永磁铁氧体预烧料的生产工艺包括原料筛选、原料研磨、配料和混合、压制成型、预烧和烧结、粗磁研磨、二次成型、最后烧结、检测和包装等多个步骤。

基于有限元法的永磁直流电机三维稳态温度场分析

关键词：温度场；永磁直流电机；有限元方法；ＡＳＳＮＹ
Ｄｉ０９９ｊｉｎ１０６３．２１．０．００ｏ：１．３６／．ｓ．００— １３０２２１ｓ
中图分类号：Ｔ９３Ｎ１．７
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００—６３（０２００４０１３２１）２— Ｏ０— ５
ＡｃｏｄｎｏｔｅｂｕｄｒｏｉｏｓａｄｔｅｍａｅｉｒｐｒｉｓｏｈｅａｅｔｍａｎｔＤＣｍｏｏ，ｔｅｓｅｄｅｃｒｉｇｔｈｏｎａｙｃｎｄｔｎｎｈｔｒａｐｏｅｔｅｆｔｅｐｒｎｎｇｅｔｒｈｔａｙｔｎ— ｉｌｍｐｒｔｒｅｄｉｉｌｔｄ．Ｃｏａｉｇａｆｗｐｃａｏｎｓｆｏｔｍｐｒｔｒｉｔｂｔｏｔｘｒｍｅｔａａ，ｔｅｅａｕｅｆｌｓｓｍｕａｅｉｍｐｒｎｅｓｅｉｐｉｔｒｍｅｅａｕｅｄｓｒｕｉｎｗｉｈｅｐｅｌｉｉｎａｄｔｌｈｒｓｌｓｏｈｔｔｅａｃｒｃｅｓｗｔｈｎｉｅｒｎｅｕｒｍｅｔｎｄｖｒｆｓｔｅｒｔｎｉｙｏｈｉｌｔｏｅｕｔｈｗｓｔａｈｃｕａｙｍｅｔｈｔｅｅｇｎｅｇｒｑｉｅｎ，ａｅｉｈａｉａｔｆｔｅｓｍｕａｉｎｉｉｉｅｏｌｍｅｈｄ，ｗｈｃａｓａｆｕｄｔｎｆｒｔｅａａｙｉｆｔｅｒｌｉｔｆｔｅｐｒａｅｔｍａｎｔＤＣｔｒｔｏｉｈｌｙｏｎａｉｏｈｎｌｓｓｏｈｅｉｌｙｏｈｅｎｎｇｅｏｂａｉｍｍｏｏ．Ｋｅｗｏｄｔｍｐｒｔｒｅｄ；ｐｒａｅｔｍａｎｔＤＣｔｒｉｉｅｅｅｎｔｏｙｒｓ：ｅｅａｕｅｆｌｉｅｎｎｇｅｍｍｏｏ；ｆｔｌｍｅｔｍｅｈｄ；ＡＮＳｎＹＳ

软磁铁氧体烧结过程的质量问题现象及解决措施

软磁铁氧体烧结过程的质量问题现象及解决措施一、烧结条件对磁性能的影响烧培条件对铁氧体的磁性能有很大影响。

烧结温度、烧结气氛和冷却方式是烧结条件的三个主要方面。

(一)烧结温度对磁性能的影响一般说来，烧结温度偏低时，晶粒大小不均匀，气孔分散于晶界和晶粒内部，呈不规则多面形。

磁导率μi和剩磁感应强度Br都较低，但是矫顽力HCB 较大。

烧结温度适当，则晶粒趋于均匀、气孔呈球形、烧结密度较低、磁导率μi和剩磁感应强度Br较大，矫顽力HCB有所减少。

烧结温度过高时，晶粒虽然增大，但是由于内部的气孔迅速膨胀，有的杂质发生局部熔融而使晶界变形，则不仅烧结密度低，磁导率μi和剩磁感应强度Br也将显著下降，机械性能极其脆弱，无实用价值。

对软磁铁氧体而言，在一定的烧结温度范围内，初始磁导率μi随烧结温度升高而增大，损耗角正切tgδ也随温升而增大(即Q值减少)。

对硬磁铁氧体而言，烧结温度高，剩磁感应强度Br也高，而矫顽力HCJ减小。

对旋磁铁氧体而言；烧结温度高，则饱和磁化强度也较高。

在生产中，必须针对各种材料的不同特点，结H合产品的其它性能要求而区别对待，由试验确定最佳的烧结温度。

(二)烧结气氛对磁性能的影响气氛条件对铁氧体烧结非常重要，尤其对含有易变价的Mn，Fe，Cu，Co等金属元素的铁氧体，在烧结过程中随着氧分压和温度的变化而发生电价的变化以至相变，过度的氧化与还原，就有另相析出（如α-Fe2O3，FeO，Fe3O4，Mn2O3等），将导致磁性能的急剧变化。

在升温阶段，因为还没有形成单一尖晶石相，对周围气氛要求不苛刻，在空气中、真空中或氮气中升温均可；在保温过程中，由于发生了气孔的排除、晶粒的长大和完善、单一结构铁氧体的生成，这些均要求控制好烧结气氛。

可以说，烧结气氛是影响磁性能的一个重要因素。

烧结气氛和固相反应速度、产物及微观结构均有直接关系。

因此要控制好烧结气氛来生产各种不同性能的铁氧体(如各种高磁导率、低损耗、高密度的软磁铁氧体和高电阻率的旋磁铁氯体等)。

稀土永磁铁磁场特性分析及有限元仿真分析

河北能源职业技术学院学报Journal of Hebei Energy Institute of Vocation and Technology第1期(总78期)2020年3月No. 1( Sum. 78)Mar. 2020稀土永磁铁磁场特性分析及有限元仿真分析倪剑锋-陈月强彳(1.开滦(集团)有限责任公司节能环保办，河北唐山 063018；2.北京新机场建设指挥部102602)摘要:提供力学服务是永磁装置重要的用途之一，因而磁场力的计算是磁力在机械设计、应用的重要内容。

本文介绍了公式算法的推导结果,通过公式法和ANSYS 有限元分析两种方法对永磁铁样本进行磁场模拟计算，得到永磁体铁块的磁场特性和磁吸附力。

最后通过实际测量永磁铁样本的磁感应强度验证了公式算法和有限元分析方式的合理性、可行性,分析了公式算法和有限元分析两种方式计算的磁力与实际磁场力的误差大小，并得到了永磁铁表面磁感应强度的变化规律。

关键词:永磁体;磁场特性;有限元分析中图分类号:TM15文献标识码:A文章编号：1671 -3974(2020)01 -0082-04Analysis of Magnetic Field Characteristics of Rare Earth Permanent Magnetsand Finite Element Simulation AnalysisNI Jian-feng 1 , CHEN Yue-qiang 2(1. Kailuan (group ) Co. , Ltd, Tangshan 063018 , China ；2. Beijing New Airport Construction Headquarters , Beijingl02602, China)Abstract : The provision of mechanical service is one of the important uses of permanent magnet devices. Therefore , the calculation of magnetic field force is an important part of magnetic mechanical design and application. This paper introduces the derivation result of the formula algorithm. The magnetic field and magnetic attraction of the permanent magnet block are obtained by calculating the magnetic field of thepermanent magnet sample by using the magnetic moment formula of the rare earth permanent magnet sample and using ANSYS finite element analysis. Finally , the rationality and feasibility of the formula algorithm and the finite element analysis method are verified by the actual measurement of the permanent magnetsample. The error between the magnetic force and the actual magnetic field force calculated by the formula algorithm and the finite element analysis are analyzed , and the variation of magnetic induction intensity onthe surface of permanent magnet is obtained.Key words ： permanent magnet ； magnetic field characteristics ； finite element analysis 1.引言永磁材料是磁性材料的一种，它是指具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁，一经磁化即能保持恒定磁性的材料，又称硬磁材料或高矫顽力材料。

铁氧体生产工艺技术——永磁铁氧体生产中常见质量问题

❖ 较高的水分偏折率，较低的球磨粒度和预烧温度，过高的烧结温度以及通风性好的烧结炉其磁体都易产生泡状物，解决办法是将坯件烘干时间延长，适当提高球磨的平均粒度，预烧料温度和降低二次烧结温度。
《铁氧体生产工艺技术》
开裂问题
❖ 除了花斑引起烧结产品开裂外，还有其它一些原因，如成型工艺、烧结升温速度过快、降温过快等。具体原因具体分析，查明后采取措施，烧结升温开裂断面不平整，这是因为坯件开裂时尚未完全铁氧体化。在降温过程中，由于冷却速度太快，或出炉温度高会引起炸裂，其裂纹一般细而直，裂纹断面也较齐整。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 三、影响磁性能主要因素：1、预烧料的性能；2、二次加杂情况；3、制粉工艺及平均粒度与粒度分布；4、取向度。
❖ 另外，判别预烧料性能好坏，用求K值和求M值的方法：
❖ K值计算：K=Br+0.4HcJ， ❖ M值计算，M=3Br+HcJ（单位CGS制，KGs，
KOe）
《铁氧体生产工艺技术》
新课教学：
§2、5 永磁铁氧体元件生产过程中的常见问题
一、跑白和花斑现象二、起泡现象三、开裂问题四、烧结带磁现象
《铁氧体生产工艺技术》
跑白和花斑现象
❖ 经球磨后的料浆表面会析出一层白色沉淀物，从而导致组成偏离原始配方，料浆变稠，严重时难以湿法成型，影响产品质量，制得的毛坯放置数天后，表面会长出越来越多的白毛，产品磨削后，磨削面也会出现一层白灰，该现象夏天比冬天严重。
《铁氧体生产工艺技术》
烧结带磁现象
❖ 分析：烧结带磁与取向成型时坯件退磁未退干净有关，冷却速度太快有关。烧结后磁体带磁现象对最终产品使用无影响。但生产过程磨加工，清洗较困难，装配过程也有麻烦，解决办法是对症下药。如调整好成型退磁装置，使坯件退磁干净。减小炉尾鼓风量，延长窑炉冷却区，适当调整降温速度，适当改变坯件摆坯装迭的长径比L/D，进行分隔烧结等。

第十单元烧结锶永磁铁氧体大生产工艺控制技术

宜宾职业技术学院第十单元烧结锶永磁铁氧体大生产工艺控制技术一、填空：1、要达到Ms高，则磁体中M相占的比例尽量大，杂相尽量少，显微结构均匀，磁体的气孔率低，密度大、要求取向度高。

2、出料时，料浆中Sr(OH)2含量应减至最少，否则因料浆粘连，而影响取向度。

3、垂直磁场成型，即成型时希望加压方向与取向磁场方向垂直。

4、在单畴状态下，只要磁矩不转动，磁化状态就不会反转，矫顽力就高。

5、提高矫顽力的必要条件是使晶粒尺寸小于临界尺寸，这是指烧结体尺寸，而考虑到各向异性烧结磁体。

6、缺陷数目越多，反磁化核形成越多，矫顽力越低。

7、如果将缺陷单纯作为畴壁钉扎中心，则缺陷数目越多，畴壁钉扎越剧烈，矫顽力越高。

8、收缩率的降低，也给成型模具的设计和制造带来方便。

9、颗粒半径r越小，即颗粒越细，比表面积越大，反应速度越快。

10、所谓原料的活性是指原料中离子在高温下离开本身结构，扩散到附近元素晶格中去的难易程度，这和晶格结构的能量及晶格中结点上离子占有情况有关。

二、选择提1、在预烧时，有时还加一点（ B ），以控制晶体生长，铁鳞颗粒过大，也难以使这些添加剂扩散到铁鳞颗粒深部，不能发挥应有的作用。

A、助熔剂B、添加剂C、氧化剂D、还原剂2、不论铁鳞先行氧化，或是铁鳞与碳酸盐进行混合后氧化，都希望（ D ）彻底，以利预烧过程中固相反应。

A、铁氧体化B、致密化C、应力化D、氧化3、铁鳞氧化预处理包括除杂→粗磨→细磨→（ A ），除杂包括去油及纸、布、砂石、煤渣等视实际情况而定。

A、氧化B、分散C、加工D、研磨4、氧化预烧工艺流程为：烘(晒)铁鳞→干磨铁鳞→配料→湿法混料细磨→过滤脱水→烘干脱水→( D )→干燥氧化→预烧(O.58×9米链篦机)→挤压制粒→(Φ1.75×18m回转窑) →冷却→包装。

A、成型B、烧结C、冲洗D、制粒(造球)5、在生成铁氧体过程中形成玻璃相附着于晶粒晶界之间，（ A ）晶粒长大，使晶粒细小均匀。

基于ANSYS软件的永磁电机温度场仿真分析

基于ANSYS软件的永磁电机温度场仿真分析颜文悦【摘要】应用有限元分析软件ANSYS来模拟仿真永磁电机在工作过程中达到稳态时的各个部件温度分布情况.结合对仿真云图的分析,提出简化计算的方法并加以利用,为优化永磁电机的设计、改善温度分布、提高性能、延长使用寿命等提供参考.【期刊名称】《宁德师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(030)004【总页数】4页(P393-396)【关键词】永磁电机;温度分布;ANSYS有限元分析【作者】颜文悦【作者单位】宁德师范学院数理学院,福建宁德352100【正文语种】中文【中图分类】TM351近年来，随着工业科技的飞速发展，永磁电机大量的应用到人们的生产生活中.由于电机制造工艺及技术的进步、工业生产规模的扩大对电机功率要求提升，同时对电机的工作负载的要求也越来越大.与此同时，原本在电机运行过程中并不突显的电机发热问题也越来越引起了人们的重视.如何在不降低电机功率的同时能行之有效地控制电机的温度上升，从而防止电机由于发热较快、散热较慢而导致配件加速老化、电机使用寿命降低的问题，成为研究人员关注的焦点[1].本文利用ANSYS有限元分析软件，采用有限元分析方法，对永磁电机运行过程中达到稳态时的温度分布情况进行仿真计算.从而找出永磁电机工作达到稳定状态时的温度分布规律，为优化电机温度控制设计、提升其性能等方面提供参考[2].1 有限元分析法有限元法是目前国内外在工程上多种数值模拟计算方法的流行方法，其主要特点是可以较好地应用于一些形状相对比较复杂的组合物体的计算上，并且可以根据不同部位的不同需求进行粗算和精算的选择.在尺寸较大且对计算精度要求不高的部位可以采用粗算的方法，而在尺寸精细或是对计算精度要求较高的部位采用精算的方法.这样既可以满足计算的效率，又基本不影响计算的结果.因此，目前该方法已被广泛地应用在工程计算方面[3].文中在有限元计算方面采用了ANSYS软件进行仿真分析，对永磁电机的温度场进行计算模拟仿真，进而分析温度的变化情况，找出高温发热部分，有针对性地对电机的温度进行优化设计[4].2 永磁电机的边界条件分析利用有限元分析法进行解算永磁电机的温度场，必须对电机的各个部分施加正确的边界条件，对边界条件的讨论如下：1）各部件温度边界条件的计算公式[5]：式中：Tc为边界面S1上的加载温度；f（x，y，z，t）为已知温度关于空间坐标的函数；S1为电机的边界.2）电机运行时产生的热载荷边界条件[6]：式中：热量q0为面S2上的边界热载荷输入；g（x，y，z，t）为已知热载荷关于空间坐标的函数；λ为垂直电机分界面的导热系数.3）电机内部各部件之间的热交换边界条件[6]：式中：α为面S3的换热系数（进行热交换的系数）；T0为周围介质的固定温度；二者一般可以视为常数.本文对XYT132S型5.5 kW四磁极的永磁电机进行分析研究，可通过上述公式计算出边界条件为：电机气隙边界的换热情况：电机定子与样机外壳表面的换热情况：通过计算，可以得到电机各处的生热率为：1）绕组处生热率（铜耗）：QCus=1.21×104W m3，2）定子处生热率（铁耗）：QFeY=4.27×105W m3.3 有限元计算的过程及仿真结果利用有限元分析的方法对永磁电机进行分析，分析过程如图1所示[7].1）建模.选用温度场的稳态热分析模块进行建模，进入前处理功能.2）利用ANSYS软件建立电机的三维几何模型，如图2所示.3）输入材料属性参数.在建立的电机模型下，对模型的各个部分按其材料属性的不同，逐个进行各个模型部件的热传导率设定，在设定完成之后同时更新工作模块. 4）网格剖分.根据电机模型的尺寸对其进行网格的划分.为了兼顾最终温度计算的精度和解算过程中的运算量，可在温度变化较明显的的定子位置和绕组位置进行网格细分；而在离发热部位较远且温度变化相对缓慢的转子部分进行精度略低于定子和绕组位置的划分，从而减少网格数目和节点数目[8].网格剖分结果如图3所示.图1 有限元分析过程图图2 永磁电机模型图图3 永磁电机网格剖分图5）加载边界条件和初始条件.首先必须对永磁电机模型进行自由度的约束，也就是温度的自由度约束；然后定义整台电机工作初始时的环境温度值（本文模拟的环境温度为22℃）；最后对发热部件添加热载荷（即生热率），此时排除次要因素，以电机的铜耗和铁耗作为电机的主要发热原因.6）求解（后处理）.通过后处理器对电机模型的温度进行解算，得出仿真云图如图4所示，以及电机几个重要部位的温度云图[9]，如图5～7所示.图4 永磁电机温度云图图5 永磁电机绕组温度云图图6 永磁电机转子温度云图图7 永磁电机定子温度云图从图4的仿真云图可以看出，永磁电机发热较高的部分出现在云图上最亮的部件，也就图5所示的绕组部件，通过理论分析也可得出此处为永磁电机铜耗产生的部分，故而温度处于整台电机的最高.而定子处由于占有大量的铁耗，因此温度也是相对高的.永磁电机内部的转子部分虽然本身几乎没有发热因素（忽略掉转动摩擦产生的热量），但是因为绕组和定子的热传递以及自身的散热问题等因素，仍然具有略低于绕组和定子的温度分布.且通过图4～7的几个温度云图的分析可以发现，永磁电机的温度场分布情况基本符合对称分布.4 结论从仿真温度分布云图的结果来看，永磁电机的温度分布以绕组处最高，定子处次之，而转子和转轴处的温度较低.若要对永磁电机进行温度的优化控制，首先需要从绕组方面入手，在不影响电机功率输出的前提下，即不降低运行电流的情况下，选用生热率低的材料替代原有的材料，降低电机在运行过程中产生的铜耗；其次可以从气隙和定子入手，在不影响电机运转所需要的磁场强度情况，寻求气隙磁通密度脉动较小的情况来降低两个部分的铁耗.通过以上析可以得出，此两个部分的温度优化能有效在电机运行过程中控制电机的温度，从而提高电机的使用寿命.参考文献：【相关文献】[1]高彦骋,刘卫国.基于Ansys的11 kW无刷直流电动机温度场分析 [J].微电机,2008,41（9）：13-15.[2]李伟力,松开,付敏,等.用三维有限元法计算大中型异步电动机定子三维温度场[J].黑龙江大学自然科学学报,1999,24（2）：33-36.[3]张朝晖,范群波,贵大勇,等.ANSYS 8.0热分析教程与实例解析[M].北京：中国铁道出版社,2005：12-13.[4]魏永田,孟大伟.电机内热交换 [M].北京：机械工业出版社,1998：253-259.[5]杨菲.永磁电机温升计算及冷却系统设计 [D].沈阳：沈阳工业大学,2007.[6]张明慧,刘卫国.无刷直流电动机瞬态电磁-温度耦合场分析 [J].微特电机,2010,38（8）：22-24.[7]唐兴伦,范群波.ANSYS工程应用教程 [M].北京：中国铁道出版社,2003：187-193.[8]王旭红,汪建平.永磁同步电机的研制及优化 [J].湘潭大学自然科学学报,2002,24（3）：96-99.[9]王磊,苏畅.永磁电机温度场分析基础 [J].牡丹江师范学院学报(自然科学版),2014,87（2）：18-20.。

钕铁硼永磁同步发电机三维温度场有限元计算

钕铁硼永磁同步发电机三维温度场有限元计算摘要：钕铁硼永磁同步电机进行热分析，得到了钕铁硼电机的整体温度场分析及线圈绕组的最高温度。

同时通过对电机进行温升实验，分析结果与实验数据基本一致，证明了电机三维模型简化合理，采用的计算方法正确。

说明该分析方法对于此类型的钕铁硼永磁电机设计与优化具有一定的参考意义。

关键词：钕铁硼；永磁同步发电机；温度场；有限元计算1 引言在钕铁硼永磁同步发电机的设计中，对电机温度场仅作二维分析是不够的。

为了提高计算的准确度，需对电机作三维温度场分析，以此指导设计。

本文以一台1.5kW钕铁硼永磁同步电机为例，采用有限元法分析电机三维温度场，`在负载状态下得到电机定子溢度分布。

根据三维稳态温度场方程和相应的边界条件，采用有限元分析方法，分析和计算了钕铁硼永磁同步发电机的三维温度场，计算结果与实测值基本相符。

2 钕铁硼永磁同步发电机特点钕铁硼永磁电机与传统的旋转电机和机械转换结构驱动方式相比，具有功率密度大、控制精度高、响应快、推力大、增加编码器定位精度高等优点。

可以提高机床进给驱动的速度、精度和效率，目前已被广泛应用于电火花成型机、高速磨床、高速加工中心、电梯、汽车等设备中[1]。

随着永磁钕铁硼材料的发展与应用，永磁电机得以高速发展，研究开发经验逐步成熟。

但与旋转电机一样，线圈绕组及铁芯发热会给永磁钕铁硼电机带来以下不利因素：温升过高，降低电机使用寿命；温度升高，导致工钕铁硼磁性能降低；电机受电流限制，不能产生更大的转矩[2]。

设计有效的永磁钕铁硼电机冷却系统，是提升其性能的不二途径。

3 数学模型基本假设条件为了便于分析，缩短分析时间，适应大部分计算机。

假设电机处于稳定导热状态，电机各部分热量传递依照传导和对流换热进行，不考虑辐射影响，电机几何尺寸一定，物理性参数一定。

不饱和温度场方程三维稳态温度场方程可描述为；用LDL分解法或商斯消元法解上述，J程组，就可得到物域中各节点的温度。