航空电机及控制器的温度场仿真分析

对一种航空用高功率密度无刷直流电机,建立电机和控制器一体的三维热仿真模型。根据电机系统内部热交换及传热学相关理论,确定系统内散热系数与热边界条件,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对建立的热仿真模型进行温度场仿真与分析,得到了不同环境温度变化情况下电机和控制器的温度场分布和温度对时间变化的曲线。经与试验得到数据进行对比分析,验证了仿真的准确性。这对电机和控制器的设计与温度场计算提供了依据。     

高速电主轴热态特性的有限元分析

分析了高速电主轴中内装式电机的损耗发热和轴承的摩擦发热 ,研究了油 -水热交换冷却系统和油 -气润滑系统的散热特性 ,在此基础上建立了高速电主轴温度场的有限元分析模型 ,并用ANSYS有限元软件进行温度场的计算。最后提出了改进高速电主轴温度场分布的主要措施     

航空交流发电机等效热网络模型

三级式航空交流发电机的热交换是一个复杂的物理过程,为了定量计算电机内的温升分布,必须建立其等效模型。以B747发电机为例,介绍了三级式航空交流发电机的内部发热源、基本传热途径,分析了航空交流发电机的发热过程,建立了三级式航空交流发电机各部分等效热网络模型,根据电机的内部结构,构建了整个航空交流发电机的等效热网络模型,并用实例验证了模型的正确性。     

基于燃油分配和双螺旋油冷槽的电动燃油泵数值研究

针对一体化电动燃油泵的热源分布和传热作用机制,设计其双螺旋冷却壳体,并采用数值模拟研究双螺旋对电机散热效果的影响和电动燃油泵的最佳燃油分配比。对电动燃油泵电机—冷却壳体进行流固耦合数值模拟,获得流道内的温度场分布;计算不同工况燃油分配比的电动燃油泵,得到冷却壳体的温度和进出口压差的随燃油分配比变化情况。结果表明,双螺旋冷却壳体使电机温度场的温度分布更均匀;流通的燃油使电机定子温度降低,但同时也增加了燃油的消耗。     

循油冷却航空交流发电机三维温度场的网络拓扑法求解

 本文讨论求解循油冷却航空交流同步发电机的三维温度场的方法,用网络拓扑法求解的基本分块原则以及单元热导的计算,总体热导矩阵的形成方法,损耗和边界条件的处理方法,给出了计算循油冷却电机中油路及气隙部份的对流换热系数计算公式。为减少计算时间,将定、转子分别计算后组合求解,文章最后给出某循油冷却航空交流发电机的定、转子温度分布,并画出了定、转子最热部份的平面温度分布图以及转子绕组沿槽高的温度分布图。     

液压电机泵多场耦合自冷却特性研究

新型高度集成化液压电机泵将电机和液压泵的功能高度融合，具有结构紧凑、能量转化效率高等优点，在航空领域具有广阔的应用前景和研究意义。然而，液压电机泵中电机的发热及冷却一直是困扰人们且需要解决的难题。本文通过研究液压电机泵电机的发热机理，建立液压电机泵的流场、电磁场及温度场的数学模型；通过数值模拟研究液压电机泵的流场、电磁场及温度场的分布及耦合影响因素，发现自冷却流道周围流体和该流体位置所对应的壳体温度会有所降低。本文对应用于航空领域的高度集成化液压电机泵的设计及自冷却方式具有一定的指导意义。     

永磁同步电机全域温度场分析与水道优化设计

以额定功率为60 kW永磁同步电机(PMSM)为研究对象,采用气隙等效导热系数处理定转子间的热交换问题。给出散下线定子绕组的等效热模型。在进行绕组铜耗计算时考虑温升对定子绕组阻值的影响,试验测定壳体与定子铁心间因装配间隙而产生的热阻值。在此基础上建立PMSM三维全域瞬态温度场有限元模型,计算电机在峰值转速运行时的温度场变化,并进行试验验证。对水道宽度比、水道数和翅片进行优化计算,找出最优解。结果表明,水道优化后电机最高温度下降9.8 ℃,对电机水道结构设计具有一定的指导意义。     

大功率九相变频异步电机通风系统热流耦合仿真分析

为了有效解决大功率低速异步电机通风散热难题,基于热流耦合仿真分析计算方法,以1台2 800 kW、8极九相变频异步电机为例,系统分析了顶吸式强迫风冷电机内定子齿压板宽度距离对电机内风量分配、绕组温升分布以及内部风阻特性的影响,并筛选了匹配方案;同时,对比分析了九相减薄绝缘结构与三相高压绝缘结构的换热性能。最后,进行了电机的温升试验测试,温度场计算值与试验结果基本吻合,验证了基于热流耦合仿真分析计算的准确性和有效性。     

三转子单相调压调速电动机的设计研究

三转子单相调压调速电动机具有控制简单、价格低廉、调速范围宽等优点,尤其在低速运行下有较好的散热条件。这种电机的定子与普通三相感应电机定子相类似,而转子采用复合结构,包括主转子、杯转子和风扇转子。因此,电机的磁路定子侧为共磁路,到转子侧分成两条支路,其分析计算有一定的特殊性。本文分析介绍了这种电机的工作原理,包括磁路结构、等值电路、杯转子电阻的有限元计算和T-S曲线的计算。通过试验电机的计算和测试,得到了令人满意的结果。     

定子双绕组异步发电机漏电抗计算的研究

漏电抗的准确计算是电机设计中十分关键的问题。基于静止励磁调节器的双绕组异步发电机定子绕组漏抗计算比传统的三相电机更复杂。首先给出了定子双绕组异步电机通用数学模型及等效电路,采用解析法对不同绕组结构的定子双绕组异步电机漏电抗计算进行了系统地分析,导出了相应的计算公式。最后,利用所得计算公式设计了一种静止励磁调节器控制的定子双绕组异步发电机,并对其定子漏电抗参数、性能指标及运行特性进行了计算。     

航空油冷发电机过热保护设计的研究及分析

发电机热场分布对过热保护构件失效影响显著,是其优化设计中应重点考虑的参数。借助ANSYS 软件中Fluent 稳态压力求解器和湍流模型对故障模式下发电机内部热场分布进行仿真,获得主发电机定、转子和壳体循环油路热场分布;在此基础上,调整部分关键部位熔点及材料软化温度,优化热脱扣保护装置设计方案,实现电机过热保护,该方案已成功应用于某飞机,且已通过试验和试飞验证。结果表明：仿真热场结果与实际工况下的温度场分布一致,电机出口油温达到260 ℃时绝缘衬套软化,导致电机腔体内发生漏油,当发电机绝缘衬套软化温度提高至350 ℃,可有效避免发电机烧损。     

基于多物理场耦合的直驱永磁同步风力发电机定子绕组优化设计

直驱永磁风力发电机具有结构简单、成本低、运行可靠等优点,在风能发电领域具有潜在的应用价值。以1台1 200 kW直驱永磁同步风力发电机为研究对象,进行了电磁场、温度场及热应力场等多物理场耦合分析,考虑由于温度变化及热变形对永磁体、铜线等电磁材料性能的影响,最终实现电磁性能、温度及形变的收敛,从而更为准确地分析发电机性能。以多物理场耦合分析方法对该发电机进行定子绕组优化设计,使绕组设计更加合理。所得结论对直驱永磁同步风力发电机设计具有一定的参考价值。     

高精度盘式永磁电机温度分析与研究

以高精度无槽盘式永磁电机为研究对象,建立了电机三维电磁仿真模型。详细分析了该电机反电动势和转矩特性,避免由高次谐波引起的定、转子及永磁体涡流损耗,有效改善了电机的热性能,为进一步研究打下基础。建立了三维温度场仿真模型,分析了热源分布和传热过程,计算了电机在自然散热条件下温度的稳态分布。最后通过电机温升试验,验证了理论分析的正确性与合理性。     

车用液冷机壳电机定子绕组热性能直接设计法

电动汽车驱动电机极力追求高密度轻量小型化,不断推进电机的冷却散热与热传导技术的进步与发展。为此,开展车用驱动电机的电-磁-热一体化设计方法研究,通过构建一种工程化定子热路模型提出了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数,并直接融入电磁设计中,强化热性能设计的同时也弥补了传统电磁设计热负荷AJ值评估热性能的缺陷。通过快速评估电机的热传导能力和绕组温升,可评估比较不同设计方案的热性能,得到电-磁-热一体化设计的最佳解决方案,从而提升电机持续运行的输出转矩。采用定子绕组热性能直接设计法,改进设计了一台液冷机壳车用永磁同步驱动电机样机,显著降低了定子绕组温升。样机温升试验验证了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数评估热性能的有效性。     

油液冷却航空湿式摩擦离合器热特性分析

为了研究航空高功率密度湿式摩擦离合器在油液冷却作用下的温度特性，基于计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）方法建立了华夫槽湿式摩擦离合器的热特性分析模型；研究了湿式摩擦离合器中摩擦副上热流密度的计算方法和施加方式；运用热流耦合方法，考虑了油液的散热作用，分析了离合器内各对摩擦副上的油液分布及温度分布。研究结果表明:钢片上和摩擦片上的油液分布不均造成钢片和摩擦片上温度分布不均；不同钢片和摩擦片上的温度分布受片上油液分布及该片热传导性能的影响，呈现出不同的温度分布规律。      

电机定子绕组端部建模方法对热流场仿真结果影响分析

电机温升是影响电机性能和运行可靠性的主要元素之一,温度校核已成为电机设计过程中的重要环节。目前大多采用电机三维温度场仿真方法,但是因电机端部绕组结构复杂,热流场耦合性强,对计算结果准确性影响较大。建立3种定子绕组端部建模简化方式,使用Fluent仿真软件平台对某感应电动机热流场进行了仿真计算及分析。结果表明,建模时可以将定子端部绕组简化为拉直向上弯折的二维结构,这种简化方式兼具建模时间短、仿真精度高等优点。所得结论对快速进行电机热流场仿真、缩短电机设计周期有一定的参考作用。     

吸入式空冷汽轮发电机气体运动流场分析及应用

为了提高空冷汽轮发电机的冷却效果,改变原压入式空冷汽轮发电机通风方式,空气由定子风道和转子风道进口进入,由吸入式风扇排出,消除了原压入式汽轮发电机由于风扇进风而带来的风道进口温度升高以及转子风道的热风进入定子风道造成定子风道进风口温度增加,改善了冷却效果。采用模型试验和数值模拟方法对吸入式空冷汽轮发电机风道气体运动流场进行了分析,结果表明：吸入式空冷汽轮发电机转子风道进口风速一般为10.0~90.0m/s,和压入式空冷汽轮发电机转子风道进口风速基本相同;距汽端近1.0m范围内,定子风道风速一般为8.0~18.0m/s,距汽端1.5~3.0m范围内,定子风道中风速仅为3.0~5.0m/s,为了使定子得到均匀冷却,将前15个风道间距增加至80.0mm,后25个风道间距减小至45.0mm,可在总风道数目基本不变的情况下改善冷却效果。     

超临界压力下航空煤油传热恶化判别准则

为防止航空发动机热防护中的传热恶化现象，对竖直上升圆管内超临界压力RP-3航空煤油的换热开展了实验研究。着重考察了热流密度、进口压力、进口温度等运行参数对传热恶化的影响。探究了传热恶化特性，获得了传热恶化起始条件判别准则。进一步分析了浮升力和热加速对传热恶化的影响，建立了适用于航空煤油新的浮升力和热加速判别准则，以及考虑两者影响的换热关联式。结果表明：航空煤油传热恶化出现在Nu/Nu₀<0.5的条件下。以此作为依据，当浮升力因子Bu>1.6×10^-6或热加速因子Ac>3.3×10^-6时，引发传热恶化现象。换热关联式兼顾了浮升力和热加速影响，具有较高的预测精度。