[发明专利]混合励磁轴向磁场磁通切换电机的等效热网络建模方法

权利要求书

1.一种混合励磁轴向磁场磁通切换电机的等效热网络建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立混合励磁轴向磁场磁通切换电机的三维导热模型，并根据传热学分析的要求以及电机自身的结构特点对该模型进行初步处理；

步骤2：设置电机各组成部分内部节点、边界节点以及固体表面周围换热流体的辅助节点，将各节点根据传热方式相互连接，建立混合励磁轴向磁场磁通切换电机的三维等效热网络模型；

步骤3：计算电机定子铁心、转子铁心、永磁体以及电枢绕组部分的发热量，并将热量分别分配到相应的热源节点；

步骤4：计算电机电枢绕组和励磁绕组端部与外气腔、定子铁心外表面与外部空气的自然对流换热系数，以及上、下定子齿内表面与定转子之间的气隙，转子齿与转子齿之间空气的强制对流换热系数；

步骤5：根据不同传热方式下的等效热阻计算公式，求出电机各部分内部的传导热阻以及固体表面的边界对流热阻、永磁体与定子铁心的接触热阻、定子槽内绝缘与定子铁心的接触热阻以及定子槽内绝缘与绕组的接触热阻，从而建立混合励磁轴向磁场磁通切换电机的等效热阻传热物理模型；

步骤6：根据步骤5所建立的等效热阻传热物理模型建立等效热网络的数学模型，根据电路中的基尔霍夫定律推导出基尔霍夫热流定律，列出等效热网络中各节点之间的热流平衡方程组，求解热平衡方程组从而得到各节点的温升；

步骤5所述的根据不同传热方式下的等效热阻计算公式，求出电机各部分内部的传导热阻以及固体表面的边界对流热阻、永磁体与定子铁心的接触热阻、定子槽内绝缘与定子铁心的接触热阻以及定子槽内绝缘与绕组的接触热阻，从而建立混合励磁轴向磁场磁通切换电机的等效热阻传热物理模型，具体如下：

将混合励磁轴向磁场磁通切换电机的热阻根据热流传递方向等效为平板、圆筒以及圆柱状热阻，热传导热阻、对流换热热阻以及接触热阻按照以下进行计算：

步骤5.1、热传导热阻

步骤5.1.1、平板热传导热阻R_flat为：

其中，L_flat为热流传导路径长度，S_flat为热流传导截面面积，λ_flat为平板材料导热系数，单位为W/(mm·K)；

步骤5.1.2、圆筒径向传导热阻R_{pipe_radial}为：

其中，d_out为圆筒外表面直径，单位为mm；d_in为圆筒内表面直径，单位为mm；L_axial为圆筒轴向长度，单位为mm；λ_radial为圆筒材料径向导热系数，单位为W/(mm·K)；

步骤5.1.3、圆筒轴向传导热阻R_{pipe_axial}为：

其中，λ_axial为圆筒材料轴向导热系数，单位为W/(mm·K)；

步骤5.1.4、圆柱轴向传导热阻R_tube为：

其中，d为圆柱外径，单位为mm；L为圆柱轴向长度，单位为mm；λ_tube为圆柱材料导热系数，单位为W/(mm·K)；

步骤5.2、对流换热热阻

步骤5.2.1、平板径向对流换热热阻R_{flat_conv}为：

其中h_flat为平板对流换热系数，单位为W/(mm²·K)；S_flat为热流传导截面面积；

步骤5.2.2、圆柱径向对流换热热阻R_{tube_conv}为：

其中，h_tube为圆柱对流换热系数，单位为W/(mm²·K)；d为圆柱外径，单位为mm；L为圆柱轴向长度，单位为mm；

步骤5.2.3、圆筒轴向对流换热热阻R_{pipe_conv}为：

其中，h_pipe为对流换热系数，单位为W/(mm²·K)；d_out为圆筒外表面直径，单位为mm；d_in为圆筒内表面直径，单位为mm；L为圆筒轴向长度，单位为mm；

步骤5.3、接触热阻

步骤5.3.1、永磁体与定子铁心等效接触热阻R_{PM_Fe}为：

其中，λ_{PM_Fe}为永磁体与定子铁心等效接触换热系数，单位为W/(mm2·K)；S_{PM_Fe}为永磁体与定子铁心理想接触面积；

步骤5.3.2、定子槽内绝缘与定子铁心等效接触热阻R_{iso_Fe}为：

其中，λ_{iso_Fe}为永磁体与定子铁心等效接触换热系数，单位为W/(mm2·K)；S_{iso_Fe}为永磁体与定子铁心理想接触面积；

步骤5.3.3、定子槽内绝缘与绕组等效接触热阻R_{iso_Winding}为：

其中，λ_{iso_Winding}为永磁体与定子铁心等效接触换热系数，单位为W/(mm2·K)；S_{iso_Winding}为永磁体与定子铁心理想接触面积。