[发明专利]一种基于电磁热迭代耦合的感应电机散热优化方法

权利要求书

1.一种基于电磁热迭代耦合的感应电机散热优化方法，包括以下步骤：

步骤1：在确定感应电机散热系统基本结构的基础上建立感应电机电磁热迭代耦合模型；

步骤2：基于步骤1中电磁热迭代耦合模型得到的散热参数设计感应电机散热方案，建立代理模型及优化模型，引入多目标优化算法对方案参数进行优化；

2.根据权利要求1所述的基于电磁热迭代耦合的感应电机散热优化方法，其特征在于：步骤1建立感应电机电磁热迭代耦合模型遵循以下步骤：

(1)根据感应电机实际工况需求和作业效率需求，确定感应电机的基本参数；

(2)计算感应电机损耗P，损耗由铜损P_Cu、铁损P_Fe和机械损耗P_M组成，即：

P＝P_Cu+P_Fe+P_M

(3)计算感应电机铜损P_Cu，其主要由基本损耗和附加损耗组成：

P_Cu＝P_CuBasic+P_CuAdd

其中，P_CuBasic是铜损的基本损耗，P_CuAdd是铜损的附加损耗，取电机功率的2％作为附加损耗，基本损耗是：

P_CuBasic＝kI²R

其中，k是电机相数，I是电流有效值，R是绕组平均电阻值，导体电阻大小随温度变化，其计算公式如下：

R＝R₀(1+α(T-T₀))

其中R₀是常温时电阻值，α是常温时电阻温度系数，T是工作温度，T₀是常温时温度，其中R₀计算如下：

其中，ρ是铜线电阻率，L是半匝线圈长，N是并绕根数，a是并联支路数，d是铜线直径；

(4)计算感应电机铁损P_Fe：

P_Fe＝P_Fec+P_Feh+P_Fee

其中，P_Fec是涡流损耗，P_Feh是磁滞损耗，P_Fee是额外损耗，其计算方法如下：

P_Fec＝k_c(fB_max)²

P_Feh＝k_hfB_max²

P_Fee＝k_ef^1.5B_max^1.5

其中，k_c是涡轮损耗系数，f是磁通交变频率，B_max是磁密幅值，k_h为磁滞损耗系数，k_e是额外损耗系数；

(5)取感应电机总损耗的9％作为机械损耗P_M；

(6)将感应电机定子、转子和绕组得到的损耗除以对应部分体积，得到电机各部分的热源，转换成生热率作为载荷加载到电机的各个生热部位，用workbench软件进行仿真生成电机温度场分布；

(7)变化温度会对损耗产生影响，因此在变化温度的基础上再重新计算温度变化后的损耗；

(8)采用motor CAD软件按照以上步骤，迭代循环计算温度变化下的损耗，进行热源修正，直到达到动态平衡；

(9)确定动态平衡下的散热参数；

步骤2设计感应电机散热方案，建立代理模型及优化模型，引入多目标优化算法对方案参数进行优化遵循以下步骤：

(1)根据所得散热参数，选择油水混合冷却，水道为H形，水道截面为矩形的散热方案；

(2)以电机散热关键参数，即水道宽度d、水道连接角q、扰流板长度l、扰流板宽度b、扰流板高度h、冷却水流速v_w、冷却油流速v_o为设计变量，采用拉丁方采样，样本数为100，样本维数为7，将设计变量映射到[0,1]区间，采样得到100个电机散热方案的采样点，将采样点带入计算流体动力学分析软件，得到设计变量响应值；

(3)采用所得样本点和响应值，建立梯度增强克里金代理模型；

(4)建立代理模型后，添加基本约束，建立优化模型如下：

其中，g₁是约束1，g₂是约束2，T_max是电机最大温度，P_o是冷却油压强，P_w是冷却水压强；

(5)采用第三代广义微分进化多目标优化算法进行求解得到优化的电机油水混合散热系统参数。