滚筒式直流无刷电机的损耗与热分析

论文摘要

本文就一种跑步机用滚筒式无刷直流电机发热进行分析,电机采用滚筒式结构,内部定子绕组,外部转子永磁体,由于这种电机长度相对直径比较大,与普通电机相比散热条件变坏,因此对电机在运行过程中产生的温度场进行研究,避免因为过热导致电机绕组温升过高而损坏,影响电机正常运行则显得尤为重要。基于上述问题利本文用Solidwork建立无刷电机的三维模型,利用COSMOSWORKS有限元分析软件对无刷电机进行磁场和温度场分析。本文从无刷电机的系统结构入手,简要说明无刷电机的运行原理,相电流变化过程,建立无刷直流电机的数学模型,基于此模型,通过计算机仿真,分析无刷电机的总磁通以及最大气隙磁密,为热分析作准备。紧接着分析计算无刷电机的损耗,作为无刷电机的热分析热量载荷,然后利用COSMOSWORKS对无刷电机进行热分析过程中,考虑对流与传导对电机温升的影响,分析电机的对流边界条件,对电机进行热量加载,得出不同工况下的温度场分布,绘出温度随时间变化曲线,得到了到达稳定的时间。根据温度场的分布提出改变温升的几种办法,从而为电机的优化设计有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 电机热分析的国内外研究现状
• 1.3 主要研究的目标及内容
• 第2章 基于COSMOSEMS的电机磁分析
• 2.1 无刷直流电机的磁场分析
• 2.2 无刷电机的系统结构
• 2.2.1 无刷直流电机的运行原理
• 2.2.2 无刷直流电机的相电流变化过程分析
• 2.2.3 考虑电感时电压源型无刷直流电机的数学模型
• 2.3 无刷电机的数学模型分析
• E和电磁转矩系数C_T的关系'>2.3.1 反电势系数C_E和电磁转矩系数C_T的关系
• 2.3.2 机械特性的计算和分析
• 2.3.3 无刷直流电机的电枢等效电阻
• 2.3.4 电磁场等效磁路法的基本原理
• 2.4 电磁场有限元法
• 2.4.1 电磁场有限元法的基本原理
• 2.4.2 COSMOSEMS磁分析应用
• 2.5 COSMOSEMS磁分析研究
• 2.5.1 建立无刷电机的磁分析模型
• 2.5.2 无刷电机磁分析研究
• 2.6 本章小结
• 第3章 无刷电机的损耗分析与计算
• 3.1 铁心中的铁损耗
• 3.1.1 铁心的基本损耗
• 3.1.2 铁心中的附加损耗
• 3.2 绕组内损耗
• 3.2.1 基本铜损耗
• 3.2.2 绕组中的附加损耗
• 3.3 机械损耗
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于COSMOSWORKS电机热分析
• 4.1 COSMOSWorks的热分析应用
• 4.1.1 三种传热方式
• 4.1.2 无刷电机的传热的基本方程
• 4.1.3 无刷电机热分析的边界条件
• 4.2 无刷电机的热分析研究
• 4.2.1 建立无刷电机的热分析模型
• 4.2.2 无刷电机发热源的求取
• 4.2.3 对流边界条件
• 4.2.4 电机各部分零件的材料属性
• 4.2.5 热分析模型仿真结果
• 4.3 电机温升改变方法
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢