探究电机温升预测新方法

摘要

本研究聚焦于一款自扇风冷式永磁电机，对其实际工作流量、电机流体场以及温升进行了详尽的分析。通过解析法和有限体积法对皖南电机风扇的额定风量进行了精确计算，并运用有限体积法获得了电机整体流体域的速度分布。在流体场分析的基础上，运用等效热路法和有限体积法对皖南电机温升进行了预测。通过对比计算值与实测值，验证了两种方法的有效性，其中有限体积法在电机设计优化方面表现出更高的适用性，而解析法则更适合于派生电机设计及初步方案评估。

引言

随着我国经济社会的发展，节能减排已成为各行各业追求的共同目标。稀土永磁电机凭借其结构简单、体积小、质量轻、效率高等优点，在轨道交通领域得到了广泛的应用。然而，全封闭结构的永磁电机散热条件相对较差，加上功率密度的提升，导致电机温度升高。过高的温度不仅会影响永磁体的磁性，还可能严重影响电机的安全运行。因此，精确计算和预测电机内部温度场，对于保障电机安全运行、降低设计成本和缩短研发周期具有重要意义。

电机热设计方法包括简化公式法、等效热路法、热网络法和数值计算法等，各有其优缺点。为了探究不同热设计方法在电机热设计和工程应用中的可行性与有效性，本研究选取了一款自扇风冷的全封闭式永磁同步牵引电动机作为研究对象，对比分析了多种热设计方法。通过解析法和仿真计算对比分析电机温升，首先对皖南电机风扇及其流道进行解析计算与三维流体场仿真分析，得到风扇额定工况下的风量；然后基于流体场计算结果，分别采用热路法和有限体积法对皖南电机温升进行计算和分析。

1 永磁电机结构

本研究所述永磁电机采用全封闭结构，包括定子、转子、转轴、风扇、前后端盖、定子压圈及转子压圈等部件。电机端盖、定子压圈与定子冲片外侧通风孔形成的通风道构成外循环风路；气隙、定子冲片内侧通风孔构成的风路构成内循环风路。

2 风扇流量计算与流体场仿真

本研究采用经验公式计算皖南电机风扇叶片尺寸和工作流量，并通过FLUENT软件对其外循环风路进行数值模拟与计算。流体域模型较为复杂，对不同部位采用不同的网格类型进行剖分。通过仿真计算，得到皖南电机外循环流体域的迹线和速度场分布。

3 电机温升计算与分析

本研究采用等效热路法和有限体积法对皖南电机温升进行计算和分析。等效热路法采用二热源热路进行计算，可快速预估定子绕组温升；有限体积法则可对电机全域流体场与温度场进行分析评估，有利于电机方案的改进和优化。

4 结语

本研究通过对皖南自扇风冷永磁电机的流场和温升进行计算和分析，对比了不同热设计方法的优缺点。有限体积法在计算精度和全面性方面更具优势，但计算周期较长。解析法计算简单，适用于快速评估和派生电机温升预估。具体采用哪种方法，需根据项目性质进行选择。