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基于Ansys的11kW无刷直流电动机温度场分析高彦骋,等

中图分类号:TM36+1文献标志码:A文章编号:100126848(2008)0920013203

基于Ansys的11kW无刷直流电动机温度场分析

高彦骋,刘卫国
(西北工业大学自动化学院,西安710072)

摘要:利用Ansys软件研究无刷直流电动机在运行时的发热情况和温度场分布。仿真结果和实
验,结果基本一致,说明本文在电机热场分析中采取的方法对于电机设计和分析具有一定的工
程应用价值。
关键词:Ansys;瞬态热分析;温度场;无刷直流电动机

AnalysisofTemperatureFieldforBLDCMBasedonAnsys
GAOYan2cheng,LIUWei2guo
(NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xipan710072,China)
Abstract:MadeatransientstatethermalanalysisofthetemperaturefieldofBLDCMwithAnsyssoft2
ware,andstudiedtheheat2emittingconditionsofrunningelectricalmotorandsimulationofitsdistribu2
tionoftemperaturefield.Bycontrastingthesimulationresultandtheexperimentaldata,demonstrated
themethodwhichusedthethermal2analysismoduleofAnsyssoftwarehadacertainprojectapplication
valueinthedesigningandanalysisofmotor.
KeyWords:Ansys;Transientstatethermalanalysis;Temperaturefield;BLDCM

硅钢片材料密度:7165千克/立方厘米;磁钢材料
0引言
密度:813千克/立方厘米;导线密度:819千克/
稀土永磁无刷直流电机温升过高会影响它的立方厘米;空气的密度:11165千克/立方厘米;
运行状态,会影响耐热能力薄弱的绝缘材料,使硅钢片导热系数:40;磁钢导热系数:119;导线
其寿命缩短,甚至烧毁,所以在电机设计和分析导热系数:376;空气导热系数:010267
中了解其发热情况比较准确地计算温度场具有
,112对流率
实际意义。但是由于电机结构、散热条件等因素,
由于对流和导热是电机热量传递的主要途径,
给温度的计算带来一定的困难,而且目前传统的
应用Ansys软件时把对流率作为主要的边界条件。
温度场分析大多数都从整体考虑,计算的结果多
对流传热现象不仅取决于流动物体的运动性质、
为平均值。利用Ansys有限元计算软件并通过其后
运动速度和固体表面形状,还取决于流体的物理
处理器post26和post1的应用就可以比较好地解决
性质。运用的基本公式为牛顿换热定律:
这一问题。本文通过Ansys软件中热分析模块的应
q=a(T-T)=a△T(1)
用对实际电机温度场进行二维分析;通过温度分12
式中为热流密度为发热体表面温度
布云图和温升曲线来了解电机在运行时的温度场,q,T1,T2
为流体介质温度为对流换热系数。
分布情况。,a
(1)定子内圆与线圈表面的传热系数在此过程
1电机材料和热参数选取中可以近似无轴向气流,所以可按照气流掠过大
平壁的计算方法来处理[1]:
111材料选取
ωL
电机各部分材料分别如下所示。ReL=(2)
V

轴:钢;绕组导线牌号:QY-2;磁轭材料:11
N=0168(R)2(P)3(3)
DW465-50;磁钢材料:NSC27G;其物理特性为:ueLr
λ
ah=Nug(4)
收稿日期:2007210230L
·13·
微电机2008年第41卷第9期

式中,ω为风速;L为风道长度;Pr为空气的普朗特的系数;pFe为单位质量的损耗,也称比损耗;GFe

常数;ReL为雷诺数,包含着流速的影响;Nu为雷诺为铁心净用铁量。
数,包含着流体流速的影响;N为努塞特数;a为
uh2电机发热过程计算
传热系数;g为重力加速度;λ为空气的热传导系数。
(2)电机气隙表面散热系数本文应用Ansys软件中的热模块对实际电机进
电机气隙的冷却一面受转子切向运动的影响,行瞬态热分析,其中利用APDL语言进行编程。图
一面则受定子内圆表面的阻滞作用。因此,气隙1为热分析流程图。
中的气流切向速度呈双曲线分布。根据经验公式,
其表面的传热系数可表示为:
015
aδ=28(1+ωδ)(5)
2
式中,aδ为气隙表面传热系数[