电机温度场的仿真与分析
三相异步电机matlab电磁设计、温度场分析与ansoft磁场仿真学习资料
高温异步电机设计与性能分析High Temperature Induction Motor Design and PerformanceAnalysis学院：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（教授）2012年 6 月摘要Abstract目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................ I I 目录 (I)第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 课题背景及意义 (1)1.2.1课题研究背景、目的及意义 (1)1.2.2课题国内外研究现状及趋势 (4)第2章三相单鼠笼异步电动机电磁计算 (6)2.1 额定数据及主要尺寸 (6)2.1.1参数的选择 (6)2.1.2电机的主要尺寸 (7)2.1.3定子绕组的计算 (9)2.1.4定子槽型的计算 (10)2.1.5转子绕组的计算 (11)2.2 磁路计算 (13)2.3 参数计算 (18)2.3.1线圈长度计算 (18)2.3.2电机定子绕组漏抗计算 (19)2.3.3电机转子绕组漏抗的计算 (21)2.3.4有效材料的计算 (22)2.3.5空载特性 (24)2.4 工作性能计算 (26)2.4.1电负荷计算 (26)2.4.2电机损耗计算 (27)2.4.3主要性能计算确定 (29)2.5 起动性能计算 (30)2.5.1起动时定子参数 (30)2.5.2起动时转子参数 (31)2.5.3起动参数的确定 (33)2.6 MATLAB语言结构 (34)第3章异步电机通过matlab的温度场分析 (35)3.1 matlab在电机设计和仿真中的应用 (35)3.2温度对异步电机的性能影响 (36)3.2.1. 温升 (36)3.2.2 发热 (37)3.2.3 环境温度对电动机的影响 (38)3.3 异步电动机温度场特性仿真结果 (38)第4章异步电机的ansoft仿真 (40)4.1. ansoft maxwell的介绍 (40)4.1.1 三维静电场分析(3D Electrostatic Field) (40)4.1.2 三维直流磁场分析(3D DC Magnetic) (40)4.1.3 涡流场分析(Eddy Current Field) (40)4.1.4 瞬态场(Transient Field） (40)4.2 Maxwell 仿真一般步骤 (40)4.3 Maxwell的仿真结果与分析 (41)4.3.1建立电机模型 (41)4.3.2 Rmxprt导入至Maxwenll 2D有限元模块 (42)4.4本章小结 (43)第5章结论 (44)参考文献 (45)致谢 (48)附录 (49)5.1 附录1 (49)5.2 附录2 (61)第1章绪论1.1 引言随着四个现代化的发展，工业生产的自动化程度提高，还需要大量各种各样具有高性能的控制电机作为自动化系统的控制元件或执行元件。
基于有限元分析方法的高速电主轴温度场仿真
陈 红 蕾
（ 兰州 工 业研 究 院 ， 肃 兰 州 ７ ０ ５ ） 甘 ３ ０ ０
摘 要 ： 高速切 削加 工是 先进 制造 技 术 的 主要 发 展 方 向之 一 ， 高速 电主 轴作 为 高速 加 工 机床 的核 心 部件 ， 由于其 主 电动 机 的散 热 条件 较差 ， 承温升 比较 高 ， 轴 由此 引起 的 热 变形 会 降低 机床 的加 工精 度 。 本
ｄｏ ａ ｎ ｉ ｉｃ ｅ ｉｅ ｉ ｏ ｔ ｉ ｉｅ ｅｅ ｅ ｔ， ｏ ｖ ｏ ｅ ｃ ｕｎ ｔ ｍ ｉ ｓ ｄ ｓ ｒ ｔｚ ｄ ｎｔ ｈｅ ｆｎ ｔ ｌ ｍ ｎ ｓ ｌ ｅ ｔ ａ ｈ ｉ ，ｗ ｈ ｃ ｃ ｎ ｍ ａ Ｓ ｏ ａｎ ｔ ｅ ｌｍ ｉｅ ｅ ｔｃ ｎｄｕ ｔｖｉｙ ｅ ａ— ｉｈ ａ ｋｅ Ｕ ｂｔ ｉ ｈ ｉ ｔ ｄ ｈ ａ ｏ ｃ ｉ ｔ ｑｕ ｔｏｎ Ａ ｎ ｉ ｏｌ ｎ ｈｅ ｅ ｔｍ ｐｅ ａｔ ｒ ｉｌ ｗｅ ｃ ｎ ｏ ａ ｎ ｔ ｅ ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｉｌ ｉ ｔｉ ｉ ａ ｈ ｅ ｄ． Ｆｉ ｌｙ， ｉ ． ｄ ｖ ａｓ ｖｉｇ ｔ ｓ ｅ ｒ ｕ ｅ ｆｅｄ， ａ ｂｔ ｉ ｈ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｆｅ ｄ ｄ ｓ ｒｂｕｔｏｎ ｍ ｐ ｔ ａｔｗｅ ｎ ｅ ｎａ ｌ ｗ ｅ ｈ ｖｅ ｒ ａ ｉｅ ｈｅｆ ｅ ａ ｔｔ ｈ ｌ ｃ ｒｃｔ ａｎ ａ ｅ ｔ ｍ ｐｅ ａ ｕｒ ｉ ｌ ｄ ｐｕ ｏｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｒ ｏ ｉ ｐｒ ｅ ｉｓ ｔ ｒ ａ ｅ ｌｚ ｄ ｔ ｏｒ ｃ ｓ ｏ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｉｉｙ ｍ ｉ ｘｌ ｅ ｒ ｔ ｅ ｆｅｄ ａｎ ｔｆ ｗ ｒ ｈｅ ｍ ａ ｕ ｅｔ ｍ ｏｖ ｔ ｈｅ — ｍ ａ ｔ ｔ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｃ ｏｒ ｎ ｔ ｈｅ ｒ ｓ ａｒ ｈ． ｌｓａ ｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ ａ ｃ ｄｉｇ ｏ ｔ ｅ ｅ ｃ ． Ｋｅ ｒ ｓ： ｉｈ－ ｐｅ ｄ ｍ ｏ ｏｒｚ ｄ ｓ ｎｄｌ Ｆｉ ｔ ｌ ｍ ｅ ｔｍ ｅ ｈｏｄ， ｅ ｐ ｒ ｔ ｅ ｆｅｄ ｙ ｗｏ ｄ Ｈ ｇ ｓ ｅ ｔ ｉｅ ｐｉ ｅ， ｎｉｅｅ ｅ ｎ ｔ Ｔ ｍ ｅ ａ ｕｒ ｉｌ
感应电机三维温度场建模与仿真计算
感应电机三维温度场建模与仿真计算王治军;高忠峰;周茜【摘要】本文以自行研制的5.5 kW五相异步电机为研究对象,建立了三维温度场有限元计算模型.采用顺序电磁-热耦合方法,将电磁场分析中的节点损耗作为热源施加到温度场计算中,完成了对电机稳态温度场的计算,得到了电机内部各部件的温度分布,并以此为基础,研究了不同温度条件对感应电机参数和运行性能的影响.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2014(034)007【总页数】5页(P30-34)【关键词】异步电机;有限元方法;顺序电磁热耦合;温度场;参数分析【作者】王治军;高忠峰;周茜【作者单位】海军航空兵学院,河南济源454650;91446部队,河北涿州072750;91446部队,河北涿州072750【正文语种】中文【中图分类】TM343电机是一个涉及多物理场、强耦合的研究对象，对于某些特种电机，其应用场合特殊，工况复杂，传统单场研究手段已不再适用，而建立涉及温度、流体和电磁等多场耦合的电机设计和分析方法逐渐成为人们的研究热点。
文献[1]、[3]介绍了通过建立电机轴向剖面2维有限元模型来计算电机温度场的方法，但没有考虑绕组端部的温度，轴向上温度差异也无法体现；文献[4-6]建立了电机定子三维有限元模型，计算了电机的稳态温度场，但没有作温度对电机参数影响的讨论；我国学者李伟力对电机的温度场进行了详细计算与分析，不过其研究对象多为大型发电机，对于应用广泛的中小型电机未作进一步研究；文献[8]中建立了异步电机的精确热网络模型，通过CFD（计算流体动力学）计算了机壳表面散热槽内冷却空气的流速分布，这些研究对于电机温度场有限元计算具有重要意义。
本文以一台5.5 kW五相异步电机为研究对象，建立了其有限元三维模型，应用电磁和热的顺序耦合方法计算了电机稳态温度场，得到了电机内部各部件的温度分布，并以此为依据，比较了不同温度条件下电机主要参数与性能指标的变化，为电机电磁和散热的优化设计打下基础。
纯电动汽车电机控制器全域温度场仿真与IGBT结温计算
电动汽车电机控制器良好的工作性能是整车安全可靠运行的重 要保障。IGBT模块、电路板上电子元器件、电容器是控制器的 主要功率模块,保证其结温始终在允许的温度范围内对提高控制 器的工作性能具有重要意义。
本文以纯电动乘用车电机控制器为研究对象,提出一种IGBT用水 冷散热器热阻计算方法,并借助专业热分析软件ANSYS Icepak, 对控制器全域温度场进行热仿真分析及优化。首先,计算出控制 器中发热器件即IGBT模块、电路板上电子元器件和电容器的损 耗。
分析IGBT模块热量传递的方式,建立热阻等效模型,引用传热学 与流体力学基本理论公式,得到IGBT用水冷散热器的热阻计算方 法,并由此热阻值直接计算IGBT模块结温。此方法可大大缩短水 冷散热器的研发周期,且对IGBT用水冷散热器的选型及设计提供 指导。
其次,建立IGBT模块、控制板、驱动板和电容器的热仿真模型。 根据电动汽车实际运行环境设置仿真边界条件及初始条件,对控 制器全域进行流固耦合仿真,并对IGBT模块和电容器的温度场仿 真结果进行分析。
通过ANSYS Icepak的Zoom-in功能,提取电路板热边界条件,在提 取的热边界条件下,对控制板、驱动板进行详细建模仿真。基于 温度分布云图与热设计原则,优化电路板上电子元器件的布局。
பைடு நூலகம்
最后,搭建控制器温升试验平台,利用NTC热敏电阻及红外线成像 仪对IGBT芯片、电容器和电路板的温度进行监控,将试验结果与 计算结果、仿真结果进行对比分析,验证IGBT模块结温计算及控 制器全域温度场仿真的准确性。本文通过理论分析、数值模拟 与试验验证相结合的方法,对电动汽车电机控制器热仿真与热分 析进行了系统的研究,且有效缩短设计研发周期,为控制器的热 设计及优化奠定基础。
基于AnsysWorkbench雅阁ISG温度场仿真分析
基于AnsysWorkbench雅阁ISG温度场仿真分析本文基于Ansys Workbench对雅阁ISG的温度场进行了仿真分析。
ISG是内燃机启动器和发电机的组合装置，也称为轴承式起动机（Starter Generator，简称SG），是目前汽车发动机的“绿色”起动技术之一。
首先，我们需要构建ISG的三维模型，并设置ISG工作时的工况条件，包括工作电流、转速等。
然后，我们将模型导入Ansys Workbench中，通过选择热传导法，建立ISG的温度场分析。
在分析过程中，我们可以将ISG的温度场分为静态和动态两种情况进行分析。
其中，静态分析主要用于分析ISG在静止状态下的温度分布情况，而动态分析则可以直观地反映ISG在工作状态下的温度场分布情况。
通过静态分析，我们可以发现ISG在不同位置的温度分布存在一定的差异。
其中，发电机部分温度分布状态相对均匀，而起动机部分温度分布则表现出较强的集中性，这主要是由于起动机部分工作时电磁场的分布差异所导致的。
而通过动态分析，我们可以得知ISG在不同工作状态下的温度分布情况也会有所不同。
例如，在高负载状态下，ISG的温度分布相对均匀而稳定，在低负载状态下则出现温度分布的不均匀性。
最后，我们可以对ISG的改进进行模拟分析，以寻找最优的改进方案。
例如，可以通过对ISG内部的散热结构进行优化设计，以提高ISG的散热效率并减少温度的集中分布。
综上所述，通过Ansys Workbench的仿真分析，我们可以深入研究ISG的温度场分布情况，并寻找最优的改进方案，以提高ISG的效率和稳定性。
此外，在ISG使用过程中，温度对于ISG的运行状态有着重要的影响。
温度过高会导致ISG内部元件的热膨胀而失去原本的机械性能，从而导致ISG的故障或损坏，进一步影响到整个发动机的运行状态。
因此，在ISG的设计过程中，需要考虑机械结构和散热系统的优化，以确保其能够承受各种环境下的温度影响而稳定运行。
电机绕组温度场分析及优化研究
电机绕组温度场分析及优化研究电机是现代工业中不可或缺的重要设备之一，其核心部件之一就是绕组。
绕组既是电机的能源转换介质，也是决定电机性能的关键因素之一。
电机的功率、效率、寿命等等指标都与绕组的质量有着紧密的关系。
近年来，电机绕组的温度场分析及优化已成为电机行业研究的热点之一。
一、电机绕组的温度场分析方法在电机运行中，由于绕组内部的电磁感应发热和电阻发热作用下，绕组温度会逐渐升高。
由于各个部分的绕组结构不同，所以在绕组温度分布上也会存在差异。
因此，进行电机绕组温度场分析，有利于优化绕组结构，提高电机的功率密度和效率。
目前，电机绕组温度场分析的方法主要有以下三种：1. 数值模拟法数值模拟法是目前研究电机绕组温度场分布的常用方法。
其基本思想是建立电机绕组的数学模型，通过计算机模拟的方式分析电机在不同工况下的温度场分布情况。
具体来说，数值模拟法常用的软件包括ANSYS、FLUENT等。
2. 实验方法实验方法是通过实验手段，测量电机绕组在不同负载条件下的温度变化情况，并根据测量结果进行分析和优化。
常用的实验手段有红外线热像仪、热电偶、纤维光学传感器等。
3. 解析方法解析方法是建立基于物理原理的电机绕组温度场分布模型，在此基础上，通过解析计算得出温度场分布的解析解。
常用的解析方法包括有限元法、有限体积法、边界元法等。
二、电机绕组的温度场优化方法电机绕组的温度场分布是影响电机整体性能的重要因素之一，因此，研究绕组结构优化方法，是提高电机功率密度和效率的关键。
目前，有许多方法可以有效地优化电机绕组的温度场分布，其中最常用的包括以下几种。
1. 涂层技术涂层技术是在绕组表面喷涂一层专门的保护性材料，目的是提高绕组的热稳定性和导热性。
常用的涂层材料包括氧化铝、氮化硅、热沉淀镀层等。
2. 合理铺绕合理铺绕是指将绕组的导体线依据其规格和结构特点，按照一定的规律分布在绕组槽中。
通过优化绕组的排列方式、导体线的集中密度、绕组的长度等参数，可以使绕组温度场分布更加合理，提高其工作效率。
短行程直线直流电机的温度场分析
Ｍ ｔ ｏ ｉ ｏ ａｉ ｌｉ ［ ］ Ａ ｐｅ Ｍ ｃａｉ ａｄ ｏ ｒｆ Ｍｃ ｍ ｎ ｕ ｔｎ Ｊ ． ｐＨｄ ｅｈ ｃ ｎ ｏ ｒ ｒ ｐ ａｏ ｎｓ
的强制对 流系数设置为 １０ １０ Ｗ／ ２ 。在室温 ００— ５０ ｍ Ｋ ２ ￣条件下进行仿真计算 。 ５ Ｃ ３２ 永磁平面电机 三维温度场 的仿真。本文对短行 ． 程直线直流电机的电磁场及温度 场进行了耦合计算 ， 基于直流电机的三维建模 、 置材料属性和边界条件 设 设置 ， 最后加载激励给线圈通人直流电流 ， 然后进行 电 磁场与温度场耦合仿真。 ～赋 缀 鬻 盥 瓣 一 墨～
・
其中， 导热系数 在数 值上 等 于单 位温度 梯度 下， 单位导热面积上 的导热速率。它表征物质导热能
力的大小 ， 物质 的物理性质 之一 ， 通常用实验测 是 定。金属的导热系数 随温度的升高而降低 ， 气体 的导
收 稿 日期 ：０ ２— ６—０ ２１ ０ ２
５ ・ ４
热系数随温度的升高而增加 。在非金属 液体 中， 的 水
冷却水循 环路 线 ， 进行电机的优化设计提供参考 。
关键词 ： 短行程 ； 直线直流 电机 ； 温度场分析
中图分 类号 ：Ｍ３ ９４ Ｔ ５ ． 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ４３ ４ ２ １ ）８０ ５ －３ １７ －４ Ｘ（０ ２ ０ ．０４０ ． 基金项 目： 湖北省教 育厅 科学技 术研究项 目（ ２ １３ ０ ） 湖北第二师范学院校 管科研 项 目（ １Ｃ ２ ） Ｂ ０ ２ １３ ； ０ ２ １ ０ ２
（ Ｋ （ Ｉ ・ ） 或ｗ／ ｍ ℃） ｎ （ ・ 。式 中的负号是指热流方向 和温度梯度方向相反 ， 即热量从高温 向低温传递。
Ansys Workbench在电机温度场分析的实际运用
Ansys Workbench在电机温度场分析的实际运用摘要：温升高是电机最为主要的故障原因，而电机的种类很多，不同种类有着多种多样冷却方式，因此，电机的温度分析较为复杂，传统方法是以热负荷作为基准根据试验结果类比电机的设计温升，对于一些特殊结构的电机，热负荷类比法就不能满足设计需要。
采用Ansys Workbench仿真软件通过FEA有限元分析（Finite Element Analysis），可以对特殊结构电机定转子热源分布、以及传导、对流、辐射等要素进行网格化分析。
本文以具体案例的设计分析过程，论述Ansys Workbench稳态温度场在电机设计中的实际运用。
关键词：温升电机温度场有限元Ansys1引言我们以一台低压变频异步电动机YVF400-6-315KW、380V、50HZ为研究对象，对其定转子温度场进行仿真分析，对比求解结果与最后型式试验的偏差，从而验证Ansys Workbench仿真软件在特殊电机设计的实际运用。
电动机主要的设计参数如下：2 2D建模2.1 在Ansys Workbench程序界面下，通过ToolBox,进入稳态温度分析Steady-state-Thermal工作平台；2.2 在Steady-state-Thermal工作平台点取Geometry进行几何形状设置；或者在Analysis Systems树状下右侧窗口，右键选取Geometry--Import导入定子或转子三维部件的stp、sat、step等格式；2.3 在Steady-state-Thermal工作平台右键选取Geometry-第二行Edit Geometry in DesignModeler----可进入DM-右键点取Import1，选取生成-Generate；可获得每个部件的建模信息。
3、材料设置3.1 回到workbench对第三行Model右键Edit---进入Mechancial Enterprise机械单元,在Outline下的Model点取Geometry项下的每个零部件，左下表格中可以查看体积、面积、重量，并且设置材料名称、密度、热导率等；3.2 定转子材料设置，40度左右的热导率按下表：4、划分网格在workbench对第三行Model右键Edit进入Mechancial Enterprise机械单元，菜单栏点取Generate Mesh ，在树状mesh下表格relevance设置网格的相关属性，数字越小，节点和单元数越少。
无刷力矩电动机电磁场-温度场耦合仿真与分析
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微持电棚 ２ ０ １ ３ 年 第 ４ １ 卷 第 ８ 期
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无 刷 力 矩 电动 机 电磁 场一 温 度 场 耦 合仿 真 与分 析
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温度场数值模拟与分析
温度场数值模拟与分析一、引言温度场是工业制造、自然环境等领域中经常涉及到的现象，通过数值模拟和分析可以深入了解温度场的变化规律，并为后续的研究工作提供有效的参考。
本文将介绍温度场的数值模拟方法和分析技术，并结合实际案例进行分析和讨论。
二、数值模拟方法1.有限元方法有限元方法是数值模拟的一种常用方法，其核心思想是将复杂的物理问题抽象为有限个单元，通过单元之间的相对运动以及单元内部的运动来计算物理量的变化。
在温度场的数值模拟中，有限元方法可以通过建立合适的有限元模型、选择适当的数值方法和求解器来计算温度场的分布和变化规律。
2.计算流体力学方法计算流体力学方法是将物理问题建模为一系列守恒方程和运动方程的数学问题，通过求解这些方程来计算物理量的分布和变化。
在温度场的数值模拟中，计算流体力学方法可以通过建立流体系统的数值模型、指定流体系统的初始和边界条件以及选择适当的求解算法来计算温度场。
3.反向传播神经网络方法反向传播神经网络方法是在深度学习技术的支持下，将物理问题转化为神经网络的训练问题，通过优化网络的结构和参数，实现对物理问题的数值模拟。
在温度场的数值模拟中，反向传播神经网络方法可以通过建立网络模型、选择适当的损失函数和优化算法，来计算温度场的分布和变化规律。
三、分析技术1.可视化分析可视化分析是通过图表、图像和动画等可视化方式来展示温度场的分布和变化规律，通过可视化分析可以直观地了解温度场的变化情况，并且可以更好地理解温度场的复杂性。
2.数据挖掘分析数据挖掘分析是通过分析温度场数据中的模式和关联规则，来发现与温度场相关的重要信息和规律。
通过数据挖掘分析可以发现温度场的非线性规律、异常状态和趋势等信息，为后续的研究工作提供有效的参考。
3.时间序列分析时间序列分析是通过分析温度场数据的时间波动和趋势变化，来了解温度场的周期性和逐渐变化趋势。
通过时间序列分析可以发现温度场中的周期性波动规律和变化趋势，为后续的预测和控制工作提供有效的参考。
分段式永磁直线同步电机温度场分析
Ｌ ｏ ａ ｇ Ｉ ｓｉ ｔ ｆ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｉ ｎ ｅ ｕ ｙ ｎ ｎ ｔｔ ｅ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｃ ｅ ｃ ｕ Ｔ
摘
要： 以分段 式永 磁直 线同步 电机为研 究对 象 ，
４初 级 绕 组
５齿
图２ １ｍ高分段式永磁直线同步电动机单台电机结构 ０
为了简化数值分析， 作出如下假设：
（） １ 不考虑由于直线电机的发热对周围室温 的影响， 室温保持恒定；
３ ２ １ 年第 ５ 《 机技 术》 ０・ ０ ０ 期 电
研究与交菠
（） ２ 直线 电机模 型几何分布和 损耗分布对 称， 考虑到结构的对称性 ， 中心面和齿 中心面 槽 被认为是绝热面； （） ３ 端部绕组等效为直线绕组 ；
流 过 相 同的 电流 ；
电机温度的分布， 最高温度 出现在 第２ 号槽中部 ４
附近 ， 约为８ ￣。 ３ 为了更直观 的看出温度变化 ， Ｃ 图 ４ 表示直线电机等温线分布。
薄， 将槽 中的材料当作整 体来考虑 ， 其导热系数 用等效导热 系数来计算 ， 其比热容用等效 比热 容
来计算 。
以它 的发 热 问题也 越 来 越 引起 人们 的重 视 。
１ 电机数学模 型的建 立
本文研究的ｌｍ Ｏ 高分段式永磁直线同步电动
机是用于垂 直提升系统， 整个系统的结构由定子 （ 电枢绕组 ） 动子 （ 、 次级 ） 和提升容器组成 。 动
・
１ 级 轭部 次
２永磁 体
３初 级轭 部
图１ 分 段 式 永磁 直 线 同步 电动 机垂 直 运输 系 统 示意 图
ｌ ｍ高分段 式永磁 直线同步 电动机 对于整 ０ 个分段式系统而言， 原理上近似于长初级、 短次 级永磁直线同步电动机 。 但是整个系统由１台电 ０ 机组成 ， ０ 这１ 台电机在结 构上相同， 论上说它 理
三相异步电机三维瞬态温度场仿真研究
摘要 ：利用传热学基本理论 ，结合 电机结构特点，建立 了电机定子三维瞬态导热模型，对中小型电机 定子三维瞬态温度场进行 了仿真。结果显示电机过载起动时，电机 内部升温迅速 ，在很短的时间内即 可导致 电机烧毁；机 壳表 面温度升高缓慢，机壳表 面最高温升时刻落后 于电机 内部温升最高时刻；在 瞬时过载起动情况下通过电机表面温升是不能判断电机 内部温度分布情况的。最后通过实验测量， 验
电动汽车驱动电机冷却结构设计及温度场分析
电动汽车驱动电机冷却结构设计及温度场分析摘要：本文给出一种实际工程应用的电动汽车驱动电机并联型冷却水路结构，相对于传统螺旋形水套，降低流阻效果显著。
然后利用热网络法，研究电机装配间隙及槽内浸漆程度对温度场的影响。
接下来建立电机整机三维有限元模型，研究整个电机温度分布情况。
最后通过实验对两种仿真方法进行验证。
关键词：永磁同步电机并联型水路 LPTN 有限元法Cooling structure design and temperature field analysisof electric vehicle driving motorWang Jian1 Wang Yunpeng1 Li Wu1(1.SAIC Motor Technical Center，Shanghai，201804)Abstract: In this paper, a parallel cooling water circuit structure used in EV’s driving motor is presented. Compared with the traditional spiral water jacket, theeffect of reducing flow resistance is remarkable. Then the thermal network method is used to study the influence of the motor assembly gap and the degree of paint dipping on the temperature field. Next, the three-dimensional finite element model is established to study the temperature distribution of the whole motor. Finally, two simulation methods are verified by experiments.Keywords: PMSM Parallel cooling water circuit LPTN Finite element method0 引言目前国际上新能源汽车发展如火如荼，电动汽车驱动电机研究越来越受到人们的普遍关注，永磁同步电机更是其中翘楚。
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.。
ANSYS CFD 电机温度场仿真分析流程
ANSYS CFD电机温度场仿真分析流程1前言电机是一种实现机电能量转换的电磁装置。
从19世纪末期起，电机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机。
电机在运行时将产生各种损耗，这些损耗转变成热量，使电机各部件发热，温度升高。
电机中的某些部件，特别是电机的绝缘，只能在一定的温度限值内才能可靠工作。
为维持电机的合理寿命，需要采取适当的措施将电机中的热量散发出去，使其在允许的温度限值内运行。
电机冷却的目的就是根据不同类型的电机选择一种合理的冷却方式，保证在额定运行状态下，电机各部分温度不超过国家标准允许的限值。
电机的冷却方式，主要是指对电机散热采用什么冷却介质和相应的流动途径。
改进电机的冷却技术，对提高电机的利用系数和效率及增加可靠性和寿命，特别对提高大型电机的单机容量，都具有重要的意义。
为了找到最佳的电机冷却方式，需要对电机在工作过程中的核心流动问题进行CFD仿真分析。
电机的CFD仿真分析的核心问题即是电机散热系统分析，涉及通风系统、通风部件、换热部件的设计优化问题以及电机核心部件的温升（起动时及额定工况）等问题。
2技术路线电机的稳态温度场仿真的分析流程如下图所示。
3实施过程以一个基于FLUENT的异步电机的稳态温度场分析为例进行说明。
3.1几何处理电机的温度场仿真既涉及到空气的流动，也涉及到热量在绕组和其他结构件之间的传递，属于流-固共轭换热的范畴，因此仿真计算域中既包含流体域，也包含固体域。
由于流体域和固体域两者是互补的关系，所以在抽取流体域之前，需要先对固体域做处理。
电机模型较为复杂，细节特征较多，而流场仿真分析对网格质量的要求较高，因此在保证计算精度的前提下，需要先对实际电机物理模型做一些合理的简化从而尽可能缩小计算的规模。
简化对象的选取是根据具体结构对温度场计算的影响程度来决定：如果局部的细节特征对温度场计算的影响和主要因素相比可以忽略不计，那么这些细节就可以去除；如果考察的对象是局部的细节特征，则需要建立局部细化模型，从而考虑具体的细节特征。
特种机电真空泵电机温度场分析
特种机电真空泵电机温度场分析
概述：
分析方法：
特种机电真空泵电机温度场主要通过数学模型和计算模拟来进行分析。
首先，通过测量和实际操作，获取特种机电真空泵电机在不同工况下的工
作温度数据，建立对应的数学模型。
其次，利用计算机软件对数学模型进
行计算模拟，对电机内温度分布情况进行分析和评估。
最后，将分析结果
与实际工作情况进行对比和验证，进一步优化模型和计算方法。
影响因素：
分析结果：
通过特种机电真空泵电机温度场分析，可以得到电机内的温度分布情况，并对其进行评估。
分析结果可以提供给工程师参考，从而优化电机的
设计和工作条件，确保电机在工作过程中能够保持在合理的温度范围内。
同时，分析结果还可以为电机的散热设计提供依据，以达到更好的散热效
果和降低电机温度的目的。
总结：
特种机电真空泵电机温度场分析是对特种机电真空泵电机内部温度分
布情况进行分析和评估的过程。
采用数学模型和计算模拟方法对电机内温
度进行分析，考虑多种因素的影响，得到电机温度分布情况，并进行评估
和优化。
分析结果可以为电机设计和工作条件的优化提供依据，确保电机
的稳定工作和长寿命。
同时，分析结果也可以为电机的散热设计提供参考，以达到良好的散热效果和温度控制的目的。
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中 图 分 类 号 ：ＴＭ９１２．１
文献 标 识 码 ：Ａ
Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｆ ｉｅｌｄ ｏｆ ｍ ｏｔｏｒ ｙＡ０ Ｇｕａｎｇ－ｊｉｕ
（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０００６，Ｃｈｉｎａ）
本 文应 用 Ａｎｓｙｓ ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ来 仿真 电机 工 作状 况 下 的 温度 场 ，根据 电机结 构 和通 风 系 统 的对称 性 ，对 电机 的部 分 零 件进 行 仿 真 ，为 电机 的 相 关研 究 作 理论探 索 。
２ 电机 的理论模型
物体 内热源 ； 、Ｙ、 为方 向。 ２．２热 仿 真定 义
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ ｃｏｍ ｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ａ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｓｔａｔｏｒ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ— ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｍｏｔｏｒｓ ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ Ａｎｓｙｓ Ｗ ｏｒｋｂｅｎｃｈ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ；ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ；ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
１ 引言
时 间 ；ｒ 为 温度 场梯 度 ；Ａ为物 质 的导 热 系数 ；也 为
电机正常运行时 ，各部分损耗最终都会转变 成热 能 ，使得 电机各个部分温度升高 ，进 而直接影 响 电 机 的寿命 和运 行 可靠 性 。 因此 对 电 机 温度 场 进行 仿 真 分 析 ，对 电机 的设 计 和 运 行 中 的状 态 监 测都 十分重 要 ［ 。
横 截 面上 的颜 色 。分 析 １０ｓ到 ｌ６０ｓ电机定 子温 度 ，
可 知 电机运 行 时 间 与 温度 成 正 比 ，在某 个 时间 段 电机 温 度不 再 上 升 ，电机 运 行 对 气 隙温 度 影 响 不
● ．＿秭
霸
ｌ￣ ｌＩＮｔ
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１赫 辩
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轴 承 ＧＧｒ１５ ２．７ｘｌＯ“ ０．２６９ ６７０
２０Ｉ７年 第 ２期
姚 光 久 电 机 温 度场 的仿 真 与 分 析
－１７·
３ 仿真结果及 分析
同 ，离 中心轴 越 近 ，温 度越 高 ；离 中心轴 越 远 ，温度
越 低 。原 因是 转 子 和转 轴 的高 速旋 转 是 产 生热 源 通 过 仿真 得 到 电机 定 子 、转 轴 等 相 关 横 截 面
转 子 ｌ０号 钢 永 磁 体 ＮｄＦｅＢ３５ 机 座 铝合 金
绕组 铜
２．１ｘｌ０“ ２．０３ｘ１０“ １．８ｘ１０“ １．１×１０“
０．２８ ０．３ ０．２３ ０．３４
７８５ ６３０ ５Ｏ３ ２９５
式中，ｐ为物质的密度 ； 为物质 的比热容 ；￡为
（ｄ）ｔ＝７０ｓ定 子 横 截 面 温 度 场 分 云
大 ，定 子截 面 中关 于 中心 轴 对 称 的 位置 温度 都 相
（ａ）ｌ＝１０ｓ定 子横截 面温度场分 布云罔
《＾
¨ ．Ｂ 。
Ⅲ
¨ “
Ｋ －Ｉ．．Ｉ
Ｉ－ ，ＩＩＩ
（ｅ）ｔ＝１００ｓ定 子横截 面温度场分布云图
材料
杨 氏模 量 泊 松 比 屈 服 强 度
（Ｐｎ）
（Ｍｐａ）
５律 ， 由导 热 定 律 和能 量 守 恒 方程 可 知 电机 内 部 导 热微 分方 程 ［２－５１为 ：
ｐｃ． ＝砉（Ａ ）＋ （Ａ ）＋－￣－（Ａ｝）＋ （１）
温度 场分 布 图 ，如 图 ｌ所 示 。刚 电机 材料热 性 能参
数分 析截 面通 热 量 和相应 的温度 。
由 图 １每 幅 图 下 的 热 度 进 度 条 可 以看 出 ，最
左 边 是 深 蓝 色 ，深蓝 色代 表 最 低 温度 ；最 右边 是 红
色 ，红 色代 表 最 高温度 。进 度 条上 的颜 色对 应定 子
２０１７年 第 ３９卷 第 ２期 第 １６页
电 气 传 动 自 动 化
ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲⅣ Ｅ ＡＵＴｏＭ ＡＴＩｏＮ
文章 编 号 ：１００５－ ７２７７（２０１７）０２— ｏｏｌ６— Ｏ３
电机温度场 的仿真与分析
Ｖｏ１．３９。Ｎｏ．２
２０１７。３９（２）：１６－１８
瑚 光 久
（广东工业大学 ，广东 广州 ５１０００６）
摘 要 ：利 用传热 学基本理 论 ，结合 电机结构特 点 ，建 立 了电机定子 三维瞬 态导热模 型 ，对 中小型 电机 定子 三
维 瞬 态 温 度 场 运 用 Ａｎｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ进 行 了仿 真 。
关键 词 ：温度 场 ；传 热 学 ；环 境 温度
表 １ 生热部分热密度
电机热源 Ｉ定子绕组ｌ定子铁芯ｌ转子Ｉ永磁体 『热密度（ｋｇ／ｍ ）ｌ ２７８．５ ｌ ９２４．３ Ｉ ９１．２ Ｉ ２６６．３
表 ２ 电机材料热性能参数
２．１电机温 度场 的 数学传 热 模 型 电 机运 行 时 ，内部 三 维 温 度 场 负荷 傅 立 叶导
部件 定子