[发明专利]一种基于多场耦合技术的永磁同步电机温升散热分析方法

权利要求书

1.一种基于多场耦合技术的永磁同步电机温升散热分析方法，其特征在于：包含以下步骤：

步骤1:通过建立电机电磁场模型进行电磁损耗分析，获得线圈上的铜损、铁芯中的铁损以及永磁材料上的涡流损耗；

步骤2:建立电机结构温度场分析和流体散热分析的流固强耦合共轭热传导模型，采用多点约束法即MPC技术确保电机流道固体界面和冷却液界面温度的连续性以及热流的守恒性，以下流固强耦合共轭热传导简称为流固共轭热传导；

步骤3:建立电磁损耗分析和流固共轭热传导分析的双向弱耦合模型：将电磁损耗分析得到的损耗作为生热量通过体积映射和插值方法加载到流固共轭热传导分析中，并将流固共轭热传导分析的温度分布结果映射传递到电磁损耗分析中；

步骤4:利用重复循环迭代方法实现单独物理模型的收敛以及电磁场模型和流固共轭热传导模型之间的载荷传递的收敛性，当收敛条件满足用户设定条件时，耦合平衡，计算结束，其中所述单独物理模型为电磁场模型和流固共轭热传导模型。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述的电磁损耗分析包括对电磁势向量采用棱边有限元法进行分析，对麦克斯韦方程进行有限元离散处理并采用拉格朗日乘子法保证解的唯一性。

3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述的建立流固强耦合共轭热传导模型包括：

ⅰ、建立电机结构温度场分析并创建热传导模块：依据永磁同步电机的实际工作特点，创建温度场分析并在电机模型中不同电机组件之间以不同的方式建立热接触关系，来创建等效热回路；

ⅱ、创建流体散热分析：采用有限单元法对流体散热分析中的Navier-Stokes方程以及能量守恒方程进行离散，获得以压力、速度、温度为自由度的流体方程；

ⅲ、依据流体和电机结构耦合边界条件，建立电机结构温度场分析和流体散热分析的强耦合条件。

4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于：所述热接触关系包括：

a、对于定子、转子之间的传热，考虑到气隙内流体的流动效应，采用经验公式式（1）进行换热系数的设定：

h1=6.6105v0.67d0.33]]>   式（1）

式中，v为转子转速，单位为cm/s，d为定转子之间的气隙间距，其单位为cm，h₁为定子转子之间的换热系数；

b、定子和线圈以及转子和永磁铁之间的接触换热系数均使用如式（2）所示的计算方程：

h2=λd]]>   式（2）

式中，λ为定子和线圈或者转子和永磁铁之间物质的热导率，d为定子和线圈或者转子和永磁铁之间的间隙；

c、对于电机模型中其他接触位置，采用多点约束法来实现热量无损失传递的效果；对于和空气接触的位置，均采用和空气对流换热方式散热，建立完整的热回路。

5.根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于：所述热接触关系中采用罚函数方法实现换热系数的设定。

6.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于：所述电机结构温度场分析和流体散热分析的强耦合采用多点约束法实现耦合界面温度的连续性以及热流的平衡性，并允许耦合界面非协调网格的剖分，所述非协调网格耦合时使用程序间耦合界面中的网格映射技术。

7.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述创建电磁损耗分析和流固共轭热传导分析的双向弱耦合模型在涉及非匹配界面耦合时采用网格映射和插值技术。