液压电机泵中电机定子形状对电磁特性和温度场的影响

论文摘要

液压电机泵是将浸油电动机和液压泵集成在一个壳体内的新型一体化电动液压动力单元，电动机和液压泵共用同一根轴，省去冷却风扇，由油流冷却，转轴无外伸、无需动密封，具有结构紧凑、噪声低等优点。本文以电机泵中浸油电动机为研究对象，考虑缩小电机定子外形尺寸，以获得更紧凑的液压电机泵，设计出了液压电机泵八边形电机。针对液压电机泵圆形电机和八边形电机进行电磁特性和温度场仿真计算，并对结果进行对比分析。本文的主要内容：第1章，阐述了本课题的研究背景和意义；概述了液压电机泵国内外的研究及发展概况，并阐述了有限元分析方法在电机的分析和设计中的应用现状及其对本课题研究的应用价值；提出了本论文主要的研究内容。第2章，介绍了液压电机泵电机的结构特点，并阐述其工作原理。从基本电磁关系出发，对液压电机泵浸油电机的功率关系和转矩关系进行分析，通过电磁关系建立浸油电机的基本方程、等效电路和相量图。最后运用Ansoft RMxprt模块分析了液压电机泵浸油电机的电磁性能。第3章，运用Ansoft RMxprt模块分析电机定子外径变化对电机性能的影响，在原液压电机泵圆形电机的基础上对液压电机泵电机定子外形形状进行了设计，提出了八边形电机结构。运用Ansoft Maxwell软件对不同外径的圆形电机和八边形电机进行电磁性能仿真计算，分析对比其在空载和负载情况下的电磁性能。对数值计算结果进行处理，得到不同电机的气隙磁感应强度，将其进行FFT变换得到基波与高次谐波的分布情况。第4章，对液压电机泵圆形电机定子和八边形电机定子进行温度场分析。计算电机定子各部分损耗值，利用流体力学理论计算其流道表面散热系数，采用ANSYSWorkbench软件对圆形电机定子和八边形电机定子在负载情况下进行三维稳态温度场分析，进而掌握不同电机定子负载稳态运行下的发热和散热情况。第5章，对第二代液压电机叶片泵电机定子温度场进行数值模拟，获得电机定子及壳体负载运行的温度分布特征。通过对研制出的液压电机叶片泵样机不同位置布设温度传感器的方式对温度场实时检测，获取其各个特征点的温度变化规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 液压电机泵研究现状与发展概述
• 1.2.1 液压泵的发展概况
• 1.2.2 电动机的发展概况
• 1.2.3 电机泵的发展概况
• 1.2.4 液压电机叶片泵的研究概况
• 1.3 电机定子电磁场和温度场研究概况
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 液压电机泵电机性能分析
• 2.1 液压电机泵基本结构及工作原理分析
• 2.2 液压电机泵电机等效电路
• 2.3 液压电机泵电机性能分析
• 2.3.1 Ansoft RMxprt 电机分析模块简介
• 2.3.2 液压电机泵 RMxprt 电机性能分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 液压电机泵电机定子形状对电磁特性的影响
• 3.1 定子外径变化对电机性能影响的分析
• 3.1.1 八边形电机结构
• 3.2 圆形电机与八边形电机电磁性能比较
• 3.2.1 Ansoft Maxwell 在液压电机泵电机中的应用
• 3.2.2 圆形电机与八边形电机有限元前处理
• 3.2.3 有限元后处理
• 3.3 圆形电机与八边形电机计算结果分析
• 3.3.1 圆形电机与八边形电机的电磁场分析
• 3.3.2 圆形电机与八边形电机模型结果分析
• 3.3.3 谐波分析及其影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 液压电机泵电机定子形状对温度的影响
• 4.1 温度场分析的基本理论
• 4.1.1 热传递基本方式
• 4.1.2 导热微分方程和边界条件
• 4.2 液压电机叶片泵电机定子温度场求解模型及基本假设
• 4.3 热性能参数计算
• 4.3.1 机壳外表面散热系数的确定
• 4.3.2 电机冷却流道的散热系数计算
• 4.3.3 液压电机泵气隙散热系数的确定
• 4.4 液压电机泵电机定子热源分析
• 4.4.1 液压电机泵电机铜耗计算
• 4.4.2 电机定子铁心损耗
• 4.4.3 液压电机泵电机冷却介质温度的确定
• 4.5 不同电机定子稳态温度场的计算
• 4.5.1 热分析流程
• 4.5.2 计算结果与分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 电机泵电机定子温度场的分析及样机温度的测试
• 5.1 液压电机叶片泵第二代样机结构及电机定子温度场分析
• 5.1.1 液压电机叶片泵第二代样机结构
• 5.1.2 液压电机叶片泵电机定子温度场分析
• 5.2 液压电机叶片泵样机的温度测量与分析
• 5.2.1 液压电机叶片泵测试方案及温度测点布置
• 5.2.2 液压电机叶片泵样机温度试验分析
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录 B 专利申请情况
• 附录 C 参与的科研项目与实践