[发明专利]一种永磁同步电机温升散热分析方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机温升散热分析方法。本发明包括S1:通过建立电机电磁场模型进行电磁损耗分析，获得线圈上的铜损、铁芯中的铁损以及永磁材料上的涡流损耗；S2:建立电机结构温度场分析和流体散热分析的流固强耦合共轭热传导模型；S3:建立电磁损耗分析和流固强耦合共轭热传导分析的双向弱耦合模型；S4:利用重复循环迭代方法实现单独物理模型的收敛以及电磁场模型和流固强耦合共轭热传导模型之间的载荷传递的收敛性，当收敛条件满足用户设定条件时，耦合平衡，计算结束。本发明集成了强耦合与弱耦合的优势，实现了在统一软件平台下对电机工作中的温升和散热过程进行精确的仿真，增加了计算时收敛的稳定性，提高了计算精度和计算效率。

技术领域

本发明涉及仿真技术领域，具体的说是一种适用于新能源汽车用永磁同步电机或其他工业用永磁同步电机电磁生热-热传导-流体散热的耦合分析技术，本发明可以有效提高电机温升散热的分析精度，并优化电机设计分析。

背景技术

随着不可再生能源危机的日趋严峻和环境问题对人类生存威胁的日益加剧，设计和生产代替石油的混合动力汽车或电动汽车已经成为各国关注的焦点。电机驱动装置作为新型动力汽车与传统燃油汽车的主要区别，无疑成为新能源汽车成功设计的关键。电机不同工作状态下的温度分布不仅影响电磁材料的特性，同时也对永磁体的失磁特性有着至关重要的影响，因此温度控制和高精度仿真分析成为新能源汽车用永磁同步电机设计的关键。

目前比较通用的电机分析软件JMAG和ANSOFT-Maxwell自身没有CFD软件模块，传统上，对电机进行温度和冷却分析时，一般采用第三方CFD软件，对冷却液的流体边界进行简化处理。具体的，首先对冷却液在假定的流固耦合界面温度条件下进行求解，获得流固耦合界面的近似散热系数和温度分布，然后将该结果作为电机热分析的输入边界条件进行准静态分析，这样无法保证耦合界面温度连续性和能量守恒，影响温升散热分析的精度，从而影响电机设计的可靠性。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的永磁驱动同步电机温升散热分析方法解决了上述背景技术中存在的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：1.一种永磁同步电机温升散热分析方法，包含以下步骤：

S1、通过建立电机电磁场模型进行电磁损耗分析，获得线圈上的铜损、铁芯中的铁损以及永磁材料上的涡流损耗；

S2、建立电机结构温度场分析和流体散热分析的流固强耦合共轭热传导模型，采用多点约束法即MPC技术确保电机流道固体界面和冷却液界面温度的连续性以及热流的守恒性，以下流固强耦合共轭热传导简称为流固共轭热传导；

S3、建立电磁损耗分析和流固共轭热传导分析的双向弱耦合模型：将电磁损耗分析得到的损耗作为生热量通过体积映射和插值方法加载到流固共轭热传导分析中，并将流固共轭热传导分析的温度分布结果映射传递到电磁损耗分析中；

S4、利用重复循环迭代方法实现单独物理模型的收敛以及电磁场模型和流固共轭热传导模型之间的载荷传递的收敛性，当收敛条件满足用户设定条件时，耦合平衡，计算结束，其中所述单独物理模型为电磁场模型和流固共轭热传导模型。

进一步地：所述的电磁损耗分析包括对电磁势向量采用棱边有限元法进行分析，对麦克斯韦方程进行有限元离散处理并采用拉格朗日乘子法保证解的唯一性。

进一步地：所述的建立流固强耦合共轭热传导模型包括：

ⅰ、建立电机结构温度场分析并创建热传导模块：依据永磁同步电机的实际工作特点，创建温度场分析并在电机模型中不同电机组件之间以不同的方式建立热接触关系，来创建等效热回路；

ⅱ、创建流体散热分析：采用有限单元法对流体散热分析中的Navier-Stokes方程以及能量守恒方程进行离散，获得以压力、速度、温度为自由度的流体方程；