[發明專利]一種永磁同步電機溫升散熱分析方法

在審

• 申請號: 201810833512.4
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109063311A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 師楠;朱顯輝;蘇勛文;王國新;韓龍;王麗;蔡鼎鍇;宋彥超;王鑫銳
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種永磁同步電機溫升散熱分析方法。本發明包括S1:通過建立電機電磁場模型進行電磁損耗分析，獲得線圈上的銅損、鐵芯中的鐵損以及永磁材料上的渦流損耗；S2:建立電機結構溫度場分析和流體散熱分析的流固強耦合共軛熱傳導模型；S3:建立電磁損耗分析和流固強耦合共軛熱傳導分析的雙向弱耦合模型；S4:利用重復循環迭代方法實現單獨物理模型的收斂以及電磁場模型和流固強耦合共軛熱傳導模型之間的載荷傳遞的收斂性，當收斂條件滿足用戶設定條件時，耦合平衡，計算結束。本發明集成了強耦合與弱耦合的優勢，實現了在統一軟件平臺下對電機工作中的溫升和散熱過程進行精確的仿真，增加了計算時收斂的穩定性，提高了計算精度和計算效率。

技術領域

本發明涉及仿真技術領域，具體的說是一種適用于新能源汽車用永磁同步電機或其他工業用永磁同步電機電磁生熱-熱傳導-流體散熱的耦合分析技術，本發明可以有效提高電機溫升散熱的分析精度，并優化電機設計分析。

背景技術

隨著不可再生能源危機的日趨嚴峻和環境問題對人類生存威脅的日益加劇，設計和生產代替石油的混合動力汽車或電動汽車已經成為各國關注的焦點。電機驅動裝置作為新型動力汽車與傳統燃油汽車的主要區別，無疑成為新能源汽車成功設計的關鍵。電機不同工作狀態下的溫度分布不僅影響電磁材料的特性，同時也對永磁體的失磁特性有著至關重要的影響，因此溫度控制和高精度仿真分析成為新能源汽車用永磁同步電機設計的關鍵。

目前比較通用的電機分析軟件JMAG和ANSOFT-Maxwell自身沒有CFD軟件模塊，傳統上，對電機進行溫度和冷卻分析時，一般采用第三方CFD軟件，對冷卻液的流體邊界進行簡化處理。具體的，首先對冷卻液在假定的流固耦合界面溫度條件下進行求解，獲得流固耦合界面的近似散熱系數和溫度分布，然后將該結果作為電機熱分析的輸入邊界條件進行準靜態分析，這樣無法保證耦合界面溫度連續性和能量守恒，影響溫升散熱分析的精度，從而影響電機設計的可靠性。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的永磁驅動同步電機溫升散熱分析方法解決了上述背景技術中存在的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：1.一種永磁同步電機溫升散熱分析方法，包含以下步驟：

S1、通過建立電機電磁場模型進行電磁損耗分析，獲得線圈上的銅損、鐵芯中的鐵損以及永磁材料上的渦流損耗；

S2、建立電機結構溫度場分析和流體散熱分析的流固強耦合共軛熱傳導模型，采用多點約束法即MPC技術確保電機流道固體界面和冷卻液界面溫度的連續性以及熱流的守恒性，以下流固強耦合共軛熱傳導簡稱為流固共軛熱傳導；

S3、建立電磁損耗分析和流固共軛熱傳導分析的雙向弱耦合模型：將電磁損耗分析得到的損耗作為生熱量通過體積映射和插值方法加載到流固共軛熱傳導分析中，并將流固共軛熱傳導分析的溫度分布結果映射傳遞到電磁損耗分析中；

S4、利用重復循環迭代方法實現單獨物理模型的收斂以及電磁場模型和流固共軛熱傳導模型之間的載荷傳遞的收斂性，當收斂條件滿足用戶設定條件時，耦合平衡，計算結束，其中所述單獨物理模型為電磁場模型和流固共軛熱傳導模型。

進一步地：所述的電磁損耗分析包括對電磁勢向量采用棱邊有限元法進行分析，對麥克斯韋方程進行有限元離散處理并采用拉格朗日乘子法保證解的唯一性。

進一步地：所述的建立流固強耦合共軛熱傳導模型包括：

ⅰ、建立電機結構溫度場分析并創建熱傳導模塊：依據永磁同步電機的實際工作特點，創建溫度場分析并在電機模型中不同電機組件之間以不同的方式建立熱接觸關系，來創建等效熱回路；

ⅱ、創建流體散熱分析：采用有限單元法對流體散熱分析中的Navier-Stokes方程以及能量守恒方程進行離散，獲得以壓力、速度、溫度為自由度的流體方程；