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高速电机转子碳纤维圆度误差对风摩损耗的影响

刘湛 熊万里 吕浪 陈庆波

刘湛, 熊万里, 吕浪, 陈庆波. 高速电机转子碳纤维圆度误差对风摩损耗的影响[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(3): 391-399. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190142
引用本文: 刘湛, 熊万里, 吕浪, 陈庆波. 高速电机转子碳纤维圆度误差对风摩损耗的影响[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(3): 391-399. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190142
Liu Zhan, Xiong Wanli, Lü Lang, Chen Qingbo. Effect of Roundness Error of Carbon Fiber Sheath of High-speed Motor Rotor on Air-friction Loss[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(3): 391-399. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190142
Citation: Liu Zhan, Xiong Wanli, Lü Lang, Chen Qingbo. Effect of Roundness Error of Carbon Fiber Sheath of High-speed Motor Rotor on Air-friction Loss[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(3): 391-399. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190142

高速电机转子碳纤维圆度误差对风摩损耗的影响

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190142
基金项目: 

国家自然科学基金项目 515751733

详细信息
    作者简介:

    刘湛(1994-), 硕士研究生, 研究方向为高速大功率电机热分析及冷却优化, zhanliu@hnu.edu.cn

    通讯作者:

    熊万里, 教授, 博士生导师, wan369@vip.sina.com

  • 中图分类号: TM305

Effect of Roundness Error of Carbon Fiber Sheath of High-speed Motor Rotor on Air-friction Loss

  • 摘要: 永磁体碳纤维护套圆度误差对转子表面风摩损耗和电机温度场具有重要影响,进而影响永磁体的不可逆退磁和电机运行的安全性,但该问题目前尚未圆满解决。为此,本文建立永磁同步高速大功率电机计入碳纤维护套圆度误差的气隙三维不可压缩稳态湍流数学模型,基于CFD对模型进行求解,研究永磁体护套圆度误差、冷却参数、转速和温度边界对转子表面风摩损耗的影响规律,并通过与经验公式的计算结果进行比较对模型方法进行特例验证。研究结果表明:随着圆度误差幅值的增大,转子表面风摩损耗不断增加,定子内表面和转子外表面的散热量亦随之增加。
  • 图  1  高速永磁电机结构

    图  2  电机转子结构图

    图  3  电机气隙图

    图  4  气隙网格模型

    图  5  两种类型圆度误差转子表面风摩损耗的对比曲线

    图  6  气隙内气流压力分布云图

    图  7  左侧出风口缩小1/2时气隙内流场速度压力分布云图

    图  8  左侧出风口缩小1/3时气隙内流场速度压力分布云图

    图  9  左侧出风口缩小1/4时气隙内流场速度压力分布云图

    图  10  强制风冷入口速度不同条件下转子表面风摩损耗随圆度误差的变化

    图  11  不同转速下转子表面风摩损耗随圆度误差的变化

    图  12  出风口遮挡1/2时的电机内流场速度分布云图

    图  13  定子内表面和转子外表面散热量随圆度误差变化

    图  14  定子内表面和转子外表面努赛尔数随圆度误差变化

    图  15  气隙截面涡流流速分布

    图  16  电机定转子物理模型

    图  17  电机定转子温度场分布

    图  18  圆度误差为0时的方法对比验证

    表  1  气隙模型几何参数

    几何参数 数值/mm
    转子外径 59
    定子内径 60
    铁芯长度 170
    圆度误差幅值 0, 0.05, 0.10, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50
    下载: 导出CSV

    表  2  不同圆度误差幅值下的转子表面风摩损耗、切应力和平均线速度

    圆度误
    差类型
    圆度误差
    幅值/mm
    转子表面
    切应力/N
    转子表面平均
    速度/(m·s-1)
    转子表面
    风摩损耗/W
    椭圆形 0 4.08 185.34 756.47
    0.05 4.13 185.41 765.61
    0.10 4.21 185.49 780.39
    0.20 4.35 185.64 808.43
    0.30 4.53 185.80 841.12
    0.40 4.74 185.96 880.79
    0.50 5.00 186.11 929.04
    下载: 导出CSV

    表  3  左侧出风口面积不同条件下的气隙入口速度和转子表面风摩损耗

    圆度误
    差类型
    圆度误差
    幅值/mm
    左侧出风口面
    积缩小的占比
    气隙入口
    速度/(m·s-1)
    转子表面风
    摩损耗/W
    椭圆形 0.2 0 0 790.83
    0.2 1/4 0.04 805.59
    0.2 1/3 0.09 807.98
    0.2 1/2 0.13 815.43
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2018-10-16
  • 刊出日期:  2020-03-05

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