永磁同步电机全域温度场分析与水道优化设计
研究与设计I EMCA違权控刹名阄2018,45 (5)
永磁同步电机全域温度场分析与水道优化设计
路玲，王淑旺(合肥工业大学机械工程学院，安徽合肥230009)
摘要：以额定功率为6〇k-永磁同步电机（PMSM)为研究对象，采用气隙等效导热系数处理定转子间 的热交换问题。给出散下线定子绕组的等效热模型。在进行绕组铜耗计 对定子绕组 的影， 定 定子铁心间因装配间隙而产生的热 。在此基础上 PM0M
模型，计电机在 转 行时的 化，并进行 。对 、数和 进行优化计算，找出 。 ， 化电机 下降9.8 2,对电机 设计 定的指导。关键词！永磁同步电机"装配间隙"三维全域温度场"试验验证"水道优化 中图分类号：TM 351 文献标志码！ A 文章编号：1673-6540(2018)05-0052-06
Analysis of 3D Global Temperature Field of PMSM and
Design of Flow Channel Optimization #
LU Ling，
(School of Mechanical Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)
Abstract： Taking a rated power of 60 kW PMSM as the research object， the air gap equivalent thermal conductivity coefficient was used to deal with the heat exchange between the stator and rotor. The equivalent thermal model of the stator windings was given. Considering temperature effect on stator winding resistaloss calculation，the thermal resistance between the housing and the stator core due to the assembly gap was test. On this basis， the finite element model of 3D global transient temperature field of PMSM was established，and the temperature field of motor at peak speed was calculated and verified by experiment. The optimization oratio，channel number and fin was carried out to find out the optimal solution. The results showed that the maximumtemperature of the motor was decreased by 9.8 2 after the channel was optimized，which had a certasignificance for the structural design of the motor channel.Key words： parmanent manget synchronous motor (PMSM)( assembly gap( 3D global temperature field； test verification； flow channel optimization
0引言
电动汽车 的安装空间 电机 备较的功率 和效率， 的路况和 等
电机运行 ， 重[1]。电机温升
绕组 ， 导永磁体产生退磁现象，严重 电机效率，使用寿行 。因此， 永磁驱
动电机 定的理
[2]。
， 者 等效热网络法[3_5]和数值计 [卜2，6_ 13 ]对永磁同步电机（PermanentMagnet Synchronous Motor，PMSM) [1 9,11 13]和感应
电机[10]的温升特性进行了大量的研究。文献[3-
#基金项目：安徽省科技攻关重大项目（1501021004)
作者简介：路玲（1993—），女，硕士研究生，研究方向为电动汽车电驱动系统热设计。王淑旺（1978—），男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为电动汽车驱动系统和汽车自动化装备。
一 52 —省机滅刹名闱2018,45 (5)研究与设计I EMCA
5]采用集中参数 电机的等效热 图，对
电机关键部位 进行计算，但其计算精度不及数值计算方法。文献[1,6-8]将定、转子之间的
气隙作为一静止的导热介质，用等效导热系数处 理定转子间的热交换问题， 定的指导 。文献[8-10]将 定子铁心的装配间隙等效
为一层薄空气，用经验公式计算了等效空气的厚 ，但是 情况相比存在较大误差。文献[1，11-13 ]对PMSM的结构进行了优化，有效地
低了电机的温升。文献[1-13]在对电机绕组
进行铜耗计 ，并没 电机的 对绕组的。
本文以车用PMSM为例，为仿真更接
电机 ， 定 定子间因装配间
隙而产生的热 ，结合 者关于电机热
边界条件的研究，同 对绕组 的影
，对电机定、转子 进行数值
计 ；并对电机 进行优化设
计，有效低电机 。
1 PMSM三维全域瞬态温度场的数
值计算
11求解域模型本文以车用水冷PMSM为分析对象，电机的
基本参数如表1所示。
表1电机的基本参数
参数名称参数额定功率/kW60
峰值转速/( / + min_1 )4 000
定子外径/mm260
定子内径/mm162
转子极数8
定子槽数48
气隙长度/mm1.4
线圈形式单层链式
包含 、流体域、定子、绕组、转子、永磁体、转轴的 PMSM物理模型电机耦合
计算的求 模型，如图1所示。1.2损耗计算PMSM损耗包括:定、转子铁心损耗，绕组损，永磁体涡流损耗和机械损耗，因其采用水冷强
迫冷却，产生的机械损 小，故将其忽略不计。本文对电机在额定功率60 kW、 转数
4 000 r/min下的 进行研究，结合 数据并参考文献[14-15]计定、转子铁心损耗和永磁
涡流损耗。由于定子绕组 随 而增大，在进行铜耗计 要对 因素给予 。绕组 的关系 :/=/。[1 +!(2-2。）] (1)
式中：/—绕组在2。 的电阻值；!——Cu的电 系数，为0.004 2。
绕组损 :
4c〇 0 ml2/ (2)式中：—绕组损耗； m—电机相数；
6一一绕组中相电流有效值；/—每相绕组的有效电 。
计算，电机在额定功率、转下各部 的损 如表2所示，其中绕组铜 电机温
呈线性关系。
表2电机损耗值分布 W
损耗类别定子铁耗转子铁耗永磁体损耗 绕组铜耗
损耗值3 598290 114 1 514+6(2-293.15)
1. 3电机的等效处理及散热系数的确定
1. 3. 1 绕组模型的等效处理
按照质量不变原则，将定子槽内的铜导线和
各种 等效为两层 的导热体，根据文献[16]计其等效导热系数。1. 3. 2定、转子间隙的等效处理
定定、转子间气隙的热交换是计算电机全 的 。在电机 行中，转子旋转 动气隙间空气发生湍流流动，从而增加了对流一 53
—研究与设计I EMCA違权控刹名阄2018,45 (5)
换热。若仿真 中转子是运动的，则仿真将增加。因此 效导热系数，用静止流体
的导热系数 述气隙中流动空气的热交换能
力，有效导热系数的计算参考文献)*]。1. 3. 3散热系数的确定
电机中定子铁心端部、绕组端部和转子端部 的表面散热系数参考文献)+ ]进行计算。1 4壳体与定子铁心接触热阻的测定
电机 定子铁心之间由于装配公差和表
面粗糙度的 ，不能 ，在未 的间隙
空间热量 间隙流体介质的对流 的方式进行 ，从而形 热阻。 热的存在了定子铁心向 热量，使电机：温
上升。为 电机 定子铁心间的 热阻，，如图2所示。 系统主要由电
机 、定子铁心、绕组、 、上位机、电、冷
却系统和 组成。在电机 的径向及定子铁心的轴向分别 组直径为2 mm的圆
，用 ，+ 的位置分布
示意图如图3(
图2接触热阻试验平台
装置，设置上位机使输出电流的有 效 别为141、177、205 A，进行3组 。待各
的 ， 数据并进行处理，绕组在3组电流下的损 如表3所示。壳
定子铁心在对应位置的 差如表4所示。用式(3$计算热阻，其 如表5所示。
式中：/---热阻；
一一温差;
4---损耗。
一 54 —//A141177205
4/W1 5002 6203 985
表43组电流下对应位置温度差C
//A位1、42、53、6
1412.22.42.3
1773.84.13.9
2055.86.26.1
表5壳体与定子铁心的接触热阻值 C/-//A位置1、42、53、6
1410.001 470.001 600.001 53
1770.001 450.001 560.001 49
2050.001 4+0.001 560.001 53
5 出，在不同损耗下 定子铁
心 热 相差较小，因此热 损耗大小无关。取各热阻的 0.001 52 °C/W作为
本文热仿真所要 的边界条件。
2温度场仿真与分析
2.1仿真边界条件设置
电机在额定功率、峰值转速下工作，仿真边界
条件设置如下：(1) 据整车工况，环境温度设置为+0 C ;
(2$冷却液为50% ， 设为：
入口，流速为0.58 m/s
;邊机拉刹名兩2018,45 (5)研究与设计I EMCA
(3) 冷却液出口设置为压力出口；
(4) 电机 定子铁心的 热阻为0.001 52 2/W；
(5) 将上文中计算的定转子间隙的等效导热
系数及电机各零件端部散热系数 件的对
部分。2. 2电机温度场分布
在上述边界条件下，对电机进行三维全域瞬 仿真。仿真 如图4所示。
图4仿真结果
图4(a)、图4(b)以出，在 电机部
件中， 出在转子 （包括转子铁心、永磁体和转轴）的中间部位，为148.32 2， 为 88.32 2。这是由于转子在 转 中，其
端部 流动的空气进行对流换热来增强散热，而中间部 定转子间的空气间隙进
行对流换热，散热条件较差， 。从图4( c)可以看出，绕组端部温升也较高，
且出线端 的 于非出线端 ，最为14218 2， 为8218 2。绕组中间部分
由于 ，冷却效 端部好， 低。屈4(d)以看出，在 面 大的
区域存在严重的回流现象， 面的突然变化会增加局部压力损失，故此 进。
3试验验证与对比分析
为了 仿真 的 ，对电机进行温， 如图5所示的 。根据上述
电机 仿真 ，电机绕组端部及转子 ， 故 在绕组 端部
，在转子 间 ，分别 绕组
端部和转子的 情况。
图5试验平台
通过上位机设定电机输出功率60 k-、转速
为4 000 r/min，设 仿真相同的进 为60 2、冷却液流量为15 L/min。 设定 时
间为80 mi， 电机绕组端部线及转子在电机工作80 mi后的 。
图6为电机绕组端部 仿真值的 &曲
线。表6为转子上各 量位置在电机工作80 mi后的 仿真值。
基于Ansys的永磁同步电机温度场分析
第２５卷第２期 ２０１３年５月 宁德师范学院学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｉｎｇｄｅ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖｏｌ＿２５Ｎｏ．２ Ｍａｙ２０１３
基于Ａｎｓｙｓ的永磁同步电机温度场分析
颜文悦 ，
（１．福州大学电气工程与自动化学院，福建福州３５０１０８；２．宁德师范学院，物理与电气工程系福建宁德３５２１００）
摘要：利用Ａｎｓｙｓ￣－ｆ限元分析软件对永磁同步电机的平面二维模型进行温度场分析，将分析得到的结果与理 论计算结果进行比较，寻找出一种有效的计算电机温度场的方法． 关键词：永磁同步电机；Ａｎｓｙｓ软件；瞬态热分析；温度场 中图分类号：ＴＭ ３４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５—２４８１（２０１３）０２．０１３８．０３
近些年来，由于永磁同步电机在工农业的生产生活中应用越来越广泛，关于永磁同步电机的各类问
题也越来越引起人们的重视．由于电机的应用逐渐广泛，电机的负载逐渐增大，电机运行时的损耗也逐渐
增加，导致电机内部温升也同时增大．而过高的温升容易使得电机部件出现过早老化的现象，所以电机内
部温升是电机设计中必须考虑的参数．因此，电机的发热问题也引起了人们的重视．但是由于电机内部结
构复杂、磁场分布不均匀等因素，使得人们对于电机内部温度场分布的认识大多停留于公式计算出的电
机温升得平均值，而没有具体到电机的温度分布规律．但利用Ａｎｓｙｓ有限元分析软件，可以模拟出电机内
部温度场的分布情况，从而解决这一问题．本文通过Ａｎｓｙｓ软件中的热分析模块，对实际电机温度场进行
二维分析，得出温度分布云图，模拟电机在运行过程中温度场分布隋况．
１电机材料和热参数选取
１．１电机的材料选取
为了便于比较仿真结果和真实电机温度分布情况，本文采用实际电机与仿真结果进行对比，选取的
电机各部分材料如下：定子冲片：硅钢板５０Ｗ４７０；定子线圈：ＱＺ（Ｇ）一２／１５５；永磁体：ＮｄＦｅＢ（３５ＳＨ）；转子
永磁同步电机水道结构对冷却性能影响的分析
永磁同步电机水道结构对冷却性能影响的分析
永磁同步电机是一种新型的电机结构，其具有高效、节能、环保等特点，逐渐在工业领域得到广泛应用。而永磁同步电机在工作过程中会产生一定的热量，需要通过冷却系统来保持电机的正常工作温度。水道结构是冷却系统中的重要组成部分，它直接影响着电机的冷却性能。对永磁同步电机水道结构对冷却性能的影响进行分析研究，对于提高电机的工作效率和延长电机的使用寿命具有重要意义。
一、永磁同步电机的工作原理
永磁同步电机是一种将永磁体和同步电机结合在一起的电机，其工作原理是利用永磁体和电磁铁之间的相互作用产生磁场，从而实现电机的正常工作。在工作过程中，电机会产生一定的热量，如果不能及时有效地排除这些热量，将会导致电机温升过高，影响电机的工作效率和寿命。
二、水道结构对冷却性能的影响
永磁同步电机的水道结构是冷却系统中的核心部分，它直接影响着电机的冷却性能。水道结构的设计合理与否将决定着冷却介质在电机中的流动状态和冷却效率。常见的水道结构包括直通式、间接式、分流式等多种形式，不同的结构形式将对冷却性能产生不同的影响。
水道结构的设计应考虑到水流的均匀性。当电机工作时，水道中的水流应能够均匀分布到电机各个部位，以确保电机在工作过程中产生的热量能够及时有效地被冷却。水道结构的设计应尽量避免死角和流速不均匀的情况，以确保水流在电机中的均匀流通。
水道结构的设计应考虑到冷却介质的流通速度。过高的流通速度会造成能量损失和噪音，过低的流通速度则会导致冷却效率低下。在设计水道结构时，应根据电机的具体工作情况确定合适的流通速度，以达到最佳的冷却效果。
水道结构的设计还应考虑到排气和进气的顺畅。在电机冷却的过程中，需要排出部分热水并引入新的冷却介质，水道结构应设计合理，保证冷却介质的顺畅流通，以及排气和进气的通畅。
三、水道结构设计的改进方向
永磁同步电机水道结构对冷却性能影响的分析 2
永磁同步电机水道结构对冷却性能影响的分析
随着永磁同步电机在水泵中的应用越来越广泛，对其冷却性能的研究越来越受到关注。水道结构是影响永磁同步电机冷却性能的重要因素之一。本文将分析永磁同步电机水道结构对其冷却性能的影响。
永磁同步电机的水道结构通常分为两种：内回流式和外回流式。内回流式水道结构是通过在电机转子内部设置回流槽来实现冷却。而外回流式水道结构则是通过在电机外部设置回流槽，使冷却液从电机内部流出并再次进入电机进行冷却。两种水道结构各有优缺点，影响其冷却性能的因素也有所不同。
首先，内回流式水道结构具有更高的效率和冷却能力。这是因为回流槽的设置使得冷却液直接流经电机的热点区域，从而提高了冷却效率。此外，内回流式水道结构可以降低电机的温升，从而提高了电机的寿命。但是，内回流式水道结构也存在一些缺点。由于电机内部的结构复杂，回流槽的设计也较为复杂，制造成本较高。此外，回流槽的存在也会影响电机的转子集中度和平衡度，进而影响电机的性能。
综上所述，永磁同步电机水道结构对其冷却性能有着较大的影响。不同的水道结构具有各自的优缺点和应用条件。在具体应用中应根据实际情况进行选择和优化。
深海推进用永磁无刷电机温度场分析
电机易抄别应用
2022,49(2)研究与设计
EMCA
深海推进用永磁无刷电机温度场分析
汪宗彪J龚纯S姜淑忠J张春文彳
0
.上海交通大学电气工程系，上海200240；2,
中国舰船研究设计中心，湖北武汉 430064；
3
.上海交通大学水下工程研究所，上海200240)
摘要：深海推进用永磁无刷电机在低温、高压的海水中运行，并且电机内部充油，其热源和散热条件与
普通工业电机不同。准确计算推进电机的温升对其高功率密度与轻量化设计具有指导意义。以“思源号”全
海深自治遥控潜水器(ARV)
主推进电机为例,基于计算流体力学和传热学理论搭建了包含导管螺旋桨、推进
电机及内外流域的三维稳态流场-温度场仿真模型，研究了电机充油及驱动螺旋桨旋转对其温升的影响，并分
析了电机主要部件的温度分布。最后，通过温升试验验证了仿真分析的有效性和准确性。
关键词：永磁无刷电机；温度场；深海推进；流场
中图分类号：
TM351 文献标志码：
A 文章编号：
1673-6540(2022)02-0047-07
doi
： 10. 12177/emca. 2021. 176
Temperature Field Analysis of Permanent Magnet Brushless Motor for
Deep-Sea Propulsion * *
收稿日期：2021-12-06
；收到修改稿日期：2021-12-29
*基金项目：国家重点研发计划子课题项目(2016YFC0300703)
作者简介：汪宗彪(1996-)，男，硕士研究生，研究方向为水下机器人推进器。
龚纯
(1980—)，女，硕士，高级工程师，研究方向为电子与信息系统。
姜淑忠(1967-)，男，博士，副教授,研究方向为电气传动与控制。WANG Zongbiao1, GONG Chun?, JIANG Shuzhong1, ZHANG Chunwen3
(1. Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
车用永磁电机温度场
车用永磁电机温度场
车用永磁电机的温度场是指在车辆运行过程中，永磁电机内的温度分布情况。其中，由于车辆行驶时的工况不同，电机内部受热和散热的态势也会不同，因此需要对永磁电机内部的温度场进行研究。
为了确定车用永磁电机的温度场，在电机设计过程中需要进行热仿真分析。通常采用有限元方法，建立永磁电机的三维数学模型，并利用仿真软件进行计算，得到电机内部的温度分布图。根据分析结果，可以对汽车永磁电机的散热设计进行优化，保证电机在各种工况下都能够正常稳定工作。
在车辆行驶时，永磁电机通常在高速巡航、急加减速和长时间启停等情况下会受到较大的温度波动。这时，需要对电机的散热系统进行优化，减少电机的温度上升，避免影响永磁电机的工作效率和寿命。
综上所述，针对车用永磁电机的温度场，需要进行热仿真分析，优化散热系统设计，确保电机能够在各种工况下稳定可靠地工作。
高速永磁同步电机转子瞬态温度场分析
高速永磁同步电机转子瞬态温度场分析
摘要：高速永磁同步电机与传统电机相比可直接驱动高速负载，省去了机械传动装置，避免了传动装置引起的损耗、机械振动和噪声，不但减小传动系统链，而且系统提高工作效率和运行精度。高速永磁同步电机的电磁损耗和空气摩擦损耗比普通电机要大，且转子的高速与高功率密度导致转子单位体积内的损耗增加，因此温升过高成了永磁转子设计中的难点。目前，高速电机中普遍使用的钕铁硼永磁体对温度比较敏感，转子温升直接降低永磁体的磁性能，甚至使永磁体不可逆失磁，从而影响电机性能。因此为保证电机具有良好性能，有必要对转子部分温度场分析。
关键词：高速永磁同步电机；转子；瞬态温度场分析
1 概述
高速永同步磁电机在高速状态运行的过程中会产生一些问题，出现转子承受很大的离心力、转轴磨损严重等机械类的问题，而且电机内高频磁场引起定子铁心附加损耗和转子涡流损耗大幅度增加，电机内的温度升高，同时受温度影响永磁体性能会降低；如果转子散热条件不好，过高的温度将导致永磁体不可逆退磁，严重地导致电机无法运行。
因高速永磁电机转子本身含有内热源，转子温度场的预测可以归结到求解瞬态的含内热源的传热方程。当永磁体为圆筒形或者圆柱形时，采用解析解求解温度场成为可能。虽然对于几何形状及边界条件都比较简单的问题可以获得解析解，但是求解特殊几何结构和边界条件下的解析解仍然充满着挑战。对于多层圆筒（径向方向套接）的二维瞬态温度场，当圆筒端面为绝热时的解析解已被较早地研究过，采用分离变量法求解了单层和双层气缸的温度场。当圆筒端面为恒温时或一端恒温、一端绝热时，X.Lu采用一种新颖的分离变量法获得了其瞬态温度场解析解。这种新颖的分离变量法与Laplace变换结合起来求解了多层圆盘（轴向叠加）的瞬态温度场，其中圆盘上下表面（轴向）为对流换热边界条件，侧面为恒温边界条件。当处理含有内热源的瞬态传热方程时，目前有两种方法可以借鉴：有限积分变换法和基于分离变量法的“拆分法”。文献利用双重有限积分变换法求解了含内热源的轴向叠加的圆筒和径向套装的多层圆筒的瞬态温度场。对于前者，在轴向上采用Fourier积分变换，在径向上采用Hankel积分变换；对于后者，在径向上采用Hankel积分变换，在周向上采用Fourier积分变换。另外一种求解含内热源的径向套装多层圆筒瞬态温度场解析解的技巧是：在周向上将物理量（温度场，边界条件等）展开成傅里叶级数，然后在径向上进行一次积分变换，最后进行反变换。基于分离变量法的“拆分法”的处理技巧是：将含内热源的瞬态传热方程拆分成不含内热源的瞬态传热方程与含内热源的稳态传热方程（边界条件相应改变），用分离变量法求得这两个方程的解之后，再叠加即得到原问题的解。
商务车用高效永磁驱动电机的设计与温度场计算
商务车用高效永磁驱动电机的设计与温度场计算
驱动电机作为电动汽车的核心组件,要求其具有较高的功率密度、较宽的调速范围、较大的过载能力等,这些高性能的要求都需要通过对驱动电机及其系统的电磁设计和控制来实现。在各种车用驱动电机中,内置式永磁驱动电机以其效率高、调速性能好、功率密度高等优势成为车用驱动电机的首选方案。
本文以一台商务车用80kW永磁驱动电机为例,对车用永磁驱动电机的电磁设计、结构性能优化及温度场分析进行了研究,主要包括以下内容:首先,分析车用永磁驱动电机的设计目标,根据永磁电机的设计理论,从电机的d、q轴磁路设计入手,通过理论研究分析了影响永磁电机过载能力、调速范围的因素,计算了永磁驱动电机的定子、转子尺寸。然后利用有限元电磁场计算软件,建立永磁驱动电机的二维有限元仿真模型,计算电机在空载和带载工况下的电磁性能。
其次,对定子、转子拓扑结构进行优化,从d、q轴电感、凸极率等方面研究不同定、转子磁路结构对电机性能的影响。首先分析并计算定子参数(齿槽比、齿轭比)变化对电机磁阻转矩、过载能力和弱磁能力的影响;然后又分析计算了转子拓扑结构参数(包括V型磁钢夹角、磁钢宽度、磁钢厚度以及隔磁桥宽度和厚度)对电机峰值转矩和磁钢利用率的影响,进而得到满足设计目标的最优定子、转子拓扑结构,并与优化前的电机性能进行了对比。
然后,依据传热学基本理论,结合电磁场计算的电机损耗值,利用软件建立了电机的热网络仿真模型,计算了电机主要部件在额定稳态工况和峰值瞬态工况下的温升,并与实验测试数据进行了对比分析。随后,对电机的最大退磁电流,转子受力与变形量进行了仿真和校核计算,均满足预期的设计目标值。
最后,完成了实验样机的制造,并搭建了电机测试实验平台,实测了样机在不同工况下的电机性能和温升数值,并与仿真结果进行了对比,验证了有限元设计的准确性和可行性。实验结果表明,V型内置式永磁驱动电机具有转矩电流比高、弱磁能力强的优点,在电动汽车的驱动应用中具有很好的应用前景。
永磁同步电机电磁设计及优化研究
永磁同步电机电磁设计及优化研究
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当涉及永磁同步电机的电磁设计及优化研究时，系统的结构设计和性能优化显得尤为重要。本文将探讨在这一领域中的关键问题和方法。
永磁同步电机的设计与温度场分析解释
永磁同步电机的设计与温度场分析解释
摘要：21世纪，科学技术飞速发展，高新技术不断涌现，节电、环保意识日益增强，使得永磁同步电机发展的前途一片光明，尤其是高性能钕铁硼永磁同步电机及其伺服系统，随其技术的快速发展和日渐成熟，结构型式将日趋多样化，也将会赢得更为广泛的发展空间，获得更加广泛的应用。
关键词：永磁；同步电机；设计；温度场；分析解释
1 引言
近年来，永磁同步电机逐渐在各个领域得到广泛应用，日益成为人们生产和生活不可或缺的一部分。永磁同步电机在运行的过程中会产生损耗，这些损耗会通过热量的形式逸散出来，使电机内部温度升高。随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和钕铁硼永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机,特别是钕铁硼永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高效区宽广、功率密度高、节电效果明显的优点。
2大功率高速永磁同步电机的设计
2.1 主要设计特点
永磁同步电机的定子一般与相应的异步电机的定子冲片相同，最主要的是对转子的设计。本文设计的大功率高速永磁同步电机的使用场合较为特殊，对于这样的大电机要求运行可靠、大功率、高转速、高效率、防爆要求较高。所以不仅要设计合理的电磁磁路，又要在相应的技术参数基础上(机、电、热、材料、工艺、环境)对电机的性能进行改善。
所以在设计过程中要综合以下方面综合考虑：
2.1.1 高压变频
高压变频起动永磁同步电机无需起动绕组，这样需要大功率的变频器来与之相匹配，同样还要加强电气强度，提高安全系数。
2.1.2 大容量
电机为4级，定子额定电流约为660A，额定电压约为10kV,额定功率约为10MW，定子绕组采用Y型连接方式，相数为3相，额定频率为160Hz，额定转矩为20kN?m 。
潜油永磁同步电机温度场研究
潜油永磁同步电机温度场研究
随着油田不断开发,一些情况复杂的油井如水平井、大斜度井、高含蜡含砂等原油井数量逐渐增多,对采油技术提出了更高的要求,低速大扭矩潜油永磁同步电机直接驱动潜油螺杆泵的采油方式在油田上的应用逐步推广开来。潜油永磁同步电机工作在数千米的井下,井下温度较高、散热条件恶劣,若温升过大则可能导致绕组烧坏或者永磁体产生退磁,因此本文对潜油永磁同步电机的温度场进行了相关研究。
首先,对潜油永磁同步电机气隙润滑油进行了分析与计算。将定转子之间的润滑油看作是粘性、不可压缩流体。
根据永磁体不同的保护方式,对润滑油分别进行建模、网格划分与边界条件设定。经分析得到在薄不锈钢板保护永磁体的方式下,润滑油流动状态更为简单,而且油摩损耗较低。
研究了温度以及转速对油摩损耗的影响规律。其次,对潜油永磁同步电机的铜耗、铁耗以及其它摩擦损耗进行了分析与计算。
根据电机的参数建立电机计算的数学模型,并通过分析空载气隙磁密以及空载反电势证明了电机模型的有效性。根据定子绕组的电阻率随温度变化情况得到了温度对铜耗影响规律。
采用三种铁耗计算模型在额定工况下对电机的铁耗进行了计算与分析;研究了电机转速、负载转矩以及温度对铁耗的影响规律。说明了扶正轴承、止推轴承摩擦损耗的计算方法。
最后,对潜油永磁同步电机温度场进行了计算与分析。分析了电机存在的传热方式,提出一些合理假设,简化电机模型、建立三维模型、划分网格,将前面计算的电机损耗导入至电机热模型中,通过以上工作得到了电机在额定工况下的温度场并进行分析。
研究了外部原油的流动速度以及绝缘材料的选择对潜油永磁同步电机温度场的影响规律。对潜油永磁同步电机温升测试进行了简单设计与说明。