[发明专利]基于Fluent二次开发的电机磁热双向耦合仿真方法

说明书

本发明涉及电机磁热耦合仿真技术领域，具体为基于Fluent二次开发的电机磁热双向耦合仿真方法。其为了解决Maxwell和Fluent仿真软件间耦合性差的的问题，故提供了一种基于Fluent二次开发的电机磁热双向耦合仿真方法。其技术方案为编写二次开发程序UDF，UDF在Fluent进行每次迭代之前自动加载一次，每次计算完成后自动更新电机线圈温度均值，新的电机线圈温度均值在UDF重新计算得到新的损耗值，以此自动迭代若干次，待温度场收敛后，得到温度场仿真结果。其解决了Maxwell与Fluent两大电机设计主流商业软件耦合性差的问题，而且由于其有更快的计算速度，采用更为少量的计算资源便可达到双向耦合计算的预期效果，具有更强的可推广性。

技术领域

本发明涉及电机磁热耦合仿真技术领域，具体为基于Fluent二次开发的电机磁热双向耦合仿真方法。

背景技术

电机在运行过程中都会产生损耗，损耗使电机温度升高，电机定转子线圈上的绝缘层会因温度过高而老化，甚至于烧毁电机，电机的发热问题直接关系到电机的使用寿命和运行的可靠性。未来电机的小型化发展趋势，会导致电机功率密度进一步增大，电机温升的设计计算成为未来电机设计的重要组成部分。

目前电机设计在电磁仿真领域和流场温度场仿真领域的主流仿真软件分别为Maxwell和Fluent，其均在各自的领域发挥重大的作用。Maxwell仿真软件通常在定温下计算，得到的是定温下的损耗值，但实际上电磁产生的损耗会随着电机的温升而变化，实际上电机温升与电机损耗是一个动态耦合的过程,且随着绝缘技术的提高，未来电机可承受的温升会进一步增加，损耗与温度的耦合关系会加剧，现有的定温损耗仿真逐渐满足不了精度要求。在Fluent对电机的温度场仿真中，将定温下的电磁计算损耗值输入动态的温度场仿真中，无法体现电磁损耗随温度变化的线性或非线性关系，因此在传统的磁热单向耦合中会造成温度场仿真不准确。

对于磁热双向耦合技术而言，现有的基于Maxwell与Fluent的双向磁热耦合是基于现有ANSYS平台下，利用其自有的Workbench平台的数据映射功能，来实现的，其耦合性比较差，数据传输会出现不一致的问题，且仿真时间比较长。

发明内容

本发明为了解决Maxwell和Fluent仿真软件间双向耦合性差的的问题，故提供了一种基于Fluent二次开发的电机磁热双向耦合仿真方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

基于Fluent二次开发的电机磁热双向耦合仿真方法，包括如下步骤：1）利用Maxwell进行某一设定温度T₀下的电机定温损耗的计算，得到电机在温度下的定温损耗，然后对此定温损耗进行分类，得到对温度变化不敏感的铁耗，和对温度变化敏感的铜耗；2）在Fluent中将电机的进风温度设为初始的电机线圈均温T；3）在Fluent中输入电机的铁耗与电机定温铜耗，进行温度场计算并根据温度场计算结果自动更新温度T（更新的温度是将电机线圈的初始均温更新）的值；4）更新后的温度T作为变量参与温度与铜耗的耦合关系式即 得到新的铜耗P，其中，I为线圈电流值，为线圈在温度对应的电阻值，为线圈电阻的温度系数；5）Fluent根据上一步得出的电磁损耗P进行温度场计算并根据温度场计算结果自动更新T值；6）依次重复步骤4）和步骤5）直至电机温度场收敛，从而得到Fluent稳定的温度场。

该电机磁热耦合仿真方法，（Maxwell是现有软件，Fluent是现有软件，仿真方法中步骤4）属于Fluent二次开发新增加的一个程序）充分利用Fluent的二次开发功能，运用UDF在Fluent中的加载特点，通过若干宏函数的组合实现对电机双向磁热耦合的技术方法；在保证精度的基础上，其计算有更高的稳定性，更快的收敛速度；本技术路线与思想不仅限于电机的温度场仿真，可扩展至变流柜等损耗随物性参数改变而变化的温度场仿真应用场景。