本文關(guān)鍵詞：非晶合金高速永磁電機熱管理技術(shù)研究

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【摘要】：高速永磁同步電機具有體積小、功率密度大、可直接與原動機或負載相連等優(yōu)點,廣泛應用于高速機床、高速離心壓縮機等領(lǐng)域,然而由于其體積小,損耗密度高,且散熱困難,容易引起永磁體過熱而造成不可逆退磁,從而影響電機的運行性能,因此對高速永磁電機內(nèi)流體流動特性、傳熱特點及冷卻系統(tǒng)的研究具有重要的意義,主要研究內(nèi)容有:首先,基于無限大平板層法搭建了測量非晶合金鐵心軸向疊片導熱系數(shù)裝置,并對幾組非晶合金鐵心試樣進行了測量。然后以一臺15kW,30000r/min內(nèi)置式非晶合金高速永磁電機為例,基于計算流體力學(CFD)以及傳熱學理論,建立了三維流體場與溫度場的物理模型,采用有限體積法其對流體場和溫度場進行耦合計算,得到了機內(nèi)空氣流動特性及各部件的溫度分布規(guī)律,同時利用流體場有限元法分析了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子表面粗糙度對機內(nèi)空氣摩擦損耗的影響。其次,針對高速電機端腔空氣流動性差,轉(zhuǎn)子散熱困難的情況,研究了轉(zhuǎn)子風刺對高速永磁電機內(nèi)流體流動與溫度分布的影響,并采用有限體積法對轉(zhuǎn)子有風刺時機內(nèi)流體場與溫度場進行耦合計算,得到有風刺時機內(nèi)流體流動特性及各部件溫度分布,在此基礎(chǔ)上,研究了風刺長度、風刺數(shù)量變化對電機流體場及溫度場的影響,為改善高速永磁電機轉(zhuǎn)子的散熱條件提供依據(jù)。最后,建立了軸向“Z”字型和周向螺旋型水冷系統(tǒng),利用流場分析軟件FLUENT對比分析了兩種水冷系統(tǒng)下的流速、流阻及溫度分布,對周向螺旋型水冷結(jié)構(gòu)水道個數(shù)的選取進行了計算,并分析了不同冷卻邊界條件對電機溫度場的影響。另外,對一臺20kW水冷永磁電機進行了溫升試驗,并將試驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果進行對比,驗證了耦合場求解方法的正確性。
【關(guān)鍵詞】：高速永磁電機 有限體積法 流體場 溫度場 水冷系統(tǒng)
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM351
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究的背景及意義9
• 1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-15
• 1.2.1 導熱系數(shù)測量的研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 流體場與溫度場計算的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 永磁電機冷卻系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 高速永磁電機機內(nèi)空氣流動狀態(tài)及其對溫度場的影響16-36
• 2.1 電機內(nèi)流體流動與傳熱的基本原理16-18
• 2.1.1 流體流動與傳熱控制方程16-17
• 2.1.2 流體流動與傳熱的耦合求解方法17-18
• 2.2 非晶合金鐵心軸向疊片導熱系數(shù)測量18-21
• 2.2.1 導熱系數(shù)測量原理18-19
• 2.2.2 實驗裝置介紹19-20
• 2.2.3 導熱系數(shù)測量結(jié)果及誤差分析20-21
• 2.3 計算模型及求解條件的建立21-25
• 2.3.1 電機基本參數(shù)21-22
• 2.3.2 相關(guān)參數(shù)的確定22-23
• 2.3.3 物理模型與網(wǎng)格劃分23-24
• 2.3.4 基本假設(shè)與邊界條件24-25
• 2.4 流體場與溫度場計算結(jié)果25-32
• 2.4.1 流體場計算結(jié)果分析25-28
• 2.4.2 溫度場計算結(jié)果分析28-32
• 2.5 高速永磁電機空氣摩擦損耗的計算32-35
• 2.5.1 空氣摩擦損耗計算方法32-34
• 2.5.2 轉(zhuǎn)速對空氣摩擦損耗的影響34
• 2.5.3 轉(zhuǎn)子表面粗糙度對空氣摩擦損耗的影響34-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第3章 轉(zhuǎn)子風刺對高速永磁電機流體場及溫度場的影響36-52
• 3.1 計算模型及求解條件的建立36-37
• 3.1.1 物理模型及網(wǎng)格劃分36
• 3.1.2 邊界條件36-37
• 3.2 流體場與溫度場計算結(jié)果37-42
• 3.2.1 流體場計算結(jié)果分析37-39
• 3.2.2 溫度場計算結(jié)果分析39-42
• 3.3 風刺長度對流體場與溫度場的影響42-46
• 3.3.1 風刺長度對流體場的影響42-43
• 3.3.2 風刺長度對溫度場的影響43-46
• 3.4 風刺數(shù)量對流體場與溫度場的影響46-49
• 3.4.1 風刺數(shù)量對流體場的影響46-47
• 3.4.2 風刺數(shù)量對溫度場的影響47-49
• 3.5 風刺對空氣摩擦損耗的影響49-50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 第4章 高速永磁電機水冷卻系統(tǒng)分析52-61
• 4.1 水冷結(jié)構(gòu)物理模型52-53
• 4.2 水冷系統(tǒng)流體場與溫度場計算結(jié)果分析53-55
• 4.3 水道個數(shù)對電機散熱及流阻的影響55-58
• 4.4 不同冷卻邊界條件對溫度場的影響58-59
• 4.4.1 入口水速對電機溫度場的影響58
• 4.4.2 入口水溫對電機溫度場的影響58-59
• 4.5 溫升試驗與計算值對比59-60
• 4.6 本章小結(jié)60-61
• 第5章 結(jié)論61-62
• 參考文獻62-65
• 在學研究成果65-66
• 致謝66

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