[發明專利]一種電推進電機繞組的等效導熱系數的計算方法及系統

在審

• 申請號: 202211085031.2
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115422492A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 梁培鑫;焦寧飛;申科;劉衛國;皇甫宜耿
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 麗水創智果專利代理事務所(普通合伙) 33278
• 代理人: 胡崧

本發明公開了一種電推進電機繞組的等效導熱系數的計算方法及系統，涉及電推進電機溫度場計算領域，其中電推進電機繞組的等效導熱系數的計算方法包括以下步驟：根據電推進電機中的整個繞組在槽內的排布狀態，將繞組劃分為多單元圓形結構；建立多單元圓形結構中的絕緣層子域的溫度的拉普拉斯方程，及繞組層子域的溫度的泊松方程；根據多單元圓形結構中的邊界條件，求解各個子域的溫升，并求解多單元圓形結構的總溫升，將整個繞組等效為圓形發熱體，將多單元圓形結構的總溫升作為圓形發熱體的溫升；計算得到整個繞組的等效導熱系數。本發明提出的基于解析方法的繞組等效模型，獲得繞組溫度更精確；所提方法也為其他類型電機的溫度求解提供參考。

技術領域

本發明涉及電推進電機溫度場計算領域，具體為一種電推進電機繞組的等效導熱系數的計算方法及系統。

背景技術

電推進電機的率密度要求較高，但高功率密度電機的散熱面積小，這會導致發熱集中。電機損耗主要聚集在繞組上，槽內溫度梯度較大，繞組絕緣受到威脅。繞組溫度直接影響電機壽命，進而影響電動飛機的安全性。因此，精確計算繞組溫度至關重要。

繞組溫度計算方法較多，可以分為兩類，即熱路法和有限元法。相較于熱路法，有限元法可以獲得繞組的溫度分布，能更精確描述繞組溫度。但是有限元法的計算精度與繞組模型的精細化程度有關。真實的繞組排布不均，毫無規律可尋，很難按實際情況建立繞組溫度場模型。為了便于計算，通常采用等效繞組模型解決該問題。而傳統繞組等效模型將繞組等效成一個絕緣層和一個繞組層，該方法精細化程度不高，仿真獲得的溫升集中在絕緣層上，不僅不能反映從槽心到槽壁的溫度變化梯度，而且計算的繞組溫度偏高，不適用于功率密度較高的電機。精確的溫度場繞組模型需要通過模型結構的合理配置，真實反映繞組的溫度梯度；另一方面對導熱系數精細化計算。由此可見，開展電動飛機電推進電機繞組熱等效模型研究具有重要使用價值。

發明內容

針對上述背景技術中所提出的傳統溫度場繞組等效模型計算結果不準的問題，本發明提出了一種電推進電機繞組的等效導熱系數的計算方法及系統。

本發明提供了一種電推進電機繞組的等效導熱系數的計算方法，包括以下步驟：

根據電推進電機中的整個繞組在槽內的排布狀態，將繞組劃分為多單元圓形結構，每個單元均由絕緣層和繞組層組成，每個單元中的絕緣層、繞組層均為一個子域；

在極坐標系下，對多單元圓形結構建立熱微分方程，即建立絕緣層子域的溫度的拉普拉斯方程，建立繞組層子域的溫度的泊松方程；

根據多單元圓形結構中的各個子域的交界面上熱流量相等，徑向溫度梯度相等的邊界條件，求解多單元圓形結構的熱微分方程，得到各個子域的溫升；

根據各個子域的溫升求解多單元圓形結構的總溫升，將整個繞組等效為圓形發熱體，將多單元圓形結構的總溫升作為圓形發熱體的溫升；

根據圓形發熱體的溫升，計算得到整個繞組的等效導熱系數。

進一步地，所述多單元圓形結構的單元數的計算公式為：

其中，n為單元數；

A_w為裸線面積，其表達式為：

其中t_w為繞組層厚度；t_i為繞組層厚度；

其中繞組層厚度t_w、絕緣層厚度t_i與單元數n之間的關系可以表示為：

n(t_w+t_i)＝r_n,2 (3)

其中r_n,2為第n個絕緣層的外徑，其表達式為：