航空泵用浸油式永磁电机流场及温度场数值模拟研究

来源 :中国航天科工集团第二研究院 航天科工集团第二研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ponny2006
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随着航空技术的不断发展,其动力部件的要求越来越严格,电机具有体积小、功率密度高、环境适应性强和可靠性高等性能才能更加适应不断发展的作战要求。在军用航空领域,航空泵用浸油电机运行环境恶劣,高功率密度和高可靠性要求间的矛盾迫使浸油电机的设计要考虑多方面因素,设计难度加大。  本文针对4000W航空泵用浸油式永磁电机,设计了其轴瓦结构及散热流道,并分析设计了电磁负荷、极对数、绕组形式、气隙长度及电磁材料等关键性的参数,得到了合理的电磁设计方案,并在有限元软件Ansoft中对浸油电机的电磁场进行了仿真分析,浸油电机的电磁仿真结果与设计指标一致。  为了准确分析浸油电机的温度场及耦合场,对浸油电机的各损耗进行了计算,重点研究计算了电机内部流场浸油损耗。浸油电机靠轴瓦提供航空煤油流动所需的动力,本文设计了一种直槽和螺旋槽配合的轴瓦,可以加速油的流动,更有利于散热。为了精确模拟浸油电机内部流体的流动状态,首先建立了流场的物理、数学模型;然后,采用有限元流体计算软件Fluent,对浸油电机前轴瓦流道内部流场以及气隙内部流场进行了仿真分析,由后处理软件输出了流场速度、压力和温度云图,并得到了流体粘性损耗值。  浸油电机的损耗中绕组损耗和铁心损耗也是很重要的一部分。根据Bertotti铁耗分离计算模型,计算得到浸油电机的铁心损耗。综合考虑温度和集肤效应两个重要影响因素,由计算公式得到浸油电机的绕组损耗。计算得到电机的定子铁心、定子绕组、转子部分的平均生热密度。查阅资料以及根据公式计算得到各部分组件的导热系数,及模型外表面的传热系数。对浸油电机的耦合场进行简化假设,在有限元仿真软件Fluent中仿真分析了航空煤油冷却条件下浸油电机空载和额定负载时的耦合场。  通过对浸油电机的电阻、电感、空载、负载测试,验证了电机设计及电磁仿真的准确性。浸油电机的温升测试结果验证了耦合场有限元仿真计算的正确性和可靠性。针对浸油电机的特殊工况,本文创新性地使用了断电反电势测试法,这种方法也可以推广到有特殊工作环境要求的电机上去。
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