[发明专利]双斜槽感应电机多物理场模型的优化设计方法

说明书

本发明公开了双斜槽感应电机多物理场模型的优化设计方法，包括根据已经确定的电机内外圆及长度，构建几何模型；初步构建中环参数化模型，根据电机模型的接触面散热系数和电机模型的电机内部损耗对电机几何模型进行温度场‑应力场耦合仿真，应力场数据对电磁性能进行双向耦合，选取最优的双斜槽中环厚度。本发明提出的双斜槽感应电机多物理场模型的优化设计方法，确定最优中环厚度，实现双斜槽电机的温度场‑应力场模拟并结合模型选取电磁方案最优点。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及双斜槽感应电机多物理场模型的优化设计方法。

背景技术

双斜槽转子的感应电机相比于单斜槽转子的感应电机具有诸多优点，其具体的转子结构可以分为上下层端环、上下层导条，中间环，通过设置合适的上下层导条的倾斜角度与相互交错的角度可以有效的削弱感应电机的转子上的轴向力以及特定阶次的气隙谐波从而有效的降低感应电机的振动与噪声。中间环的引入也可以有效降低由于感应电机转子斜槽所带来的横向电流引起的附加损耗，但同时，中间环的设计也对电磁方案带来了新的影响：

1.因为中环会导致气隙等效长度变长，励磁电抗降低，所以为了削弱中环对电机性能的影响，中环应尽可能的薄。但是过薄的中环将会因电密大而导致温度高，进而因热应力过大而存在于导条连接处产生断条风险。

2.若中环太厚虽避免了热应力的问题，但将使电磁性能下降。中环已导致气隙磁导轴向分布不均，过厚的中环会激发出更多次的谐波。

发明内容

本发明专利旨在提双斜槽感应电机多物理场模型的优化设计方法，该方法比传统电磁方案多考虑了温度场与应力场，将温度与热应力也作为电机性能的一部分对电磁方案进行考核，进而选取优化后的电磁方案。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

双斜槽感应电机多物理场模型的优化设计方法，包括如下步骤：

步骤10：根据双斜槽感应电机机座号确定电机外壳内径D、长度L等参数，构建几何模型，构建电机几何模型，该电机几何模型包括机壳、定子、双斜槽转子、轴、转子端部和机尾风扇，并且本模型机壳考虑了接线盒。其中，双斜槽转子包括中上转子部分、中间环和下转子部分之间，中间环固定在上转子部分和下转子之间；

步骤20：仿真得到电机额定工况下的电磁性能，根据电磁性能仿真电机的电机内部损耗；

步骤30：根据步骤10中的几何模型计算温度场中接触面散热系数；

步骤40：初步构建中环参数化模型，并根据步骤30计算的接触面散热系数和步骤20得出的电机内部损耗对电机模型进行温度场-应力场耦合仿真，计及应力场数据对电磁性能进行双向耦合，选取最优的双斜槽中环厚度。

作为本发明进一步优化的方案，电机几何模型包括接线盒和机壳，进而使本方法确定的增大中间环参数确定的准确性。

作为本发明进一步优化的方案，其中所述步骤30中接触面散热系数包括机壳表面换热系数、转子端环表面换热系数、转子铁心端面换热系数、转轴表面换热系数。

作为本发明进一步优化的方案，其中所述步骤30中各接触面散热系数计算方法为：

(1)机壳表面换热系数采用经验公式：

α₁＝9.73+14v^0.62

其中,v为机壳表面散热翅风速，单位为m/s；

(2)转子端环表面换热系数采用如下公式计算：