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汽车爪极发电机的设计及三维温度场数值模拟
| 论文题名： | 汽车爪极发电机的设计及三维温度场数值模拟 |
| 关键词： | 汽车电源;爪极发电机;电机磁场;有限元分析 |
| 摘要： | 由于爪极的特殊结构，爪极发电机的磁场和温度场具有明显的三维特性，需要三维计算方法求解发电机性能参数。近年来随着数值计算技术的发展，关于大型发电机的转子、定子等的温度场数值计算研究较多，但对汽车爪极发电机的转子、定子等的温度场数值计算研究几乎是空白。 本文在漏磁和温度场的计算的基础上，优化设计了几种爪极发电机，并已产业化，其思路是：首先对汽车爪极发电机进行初步设计，并通过漏磁计算，优化定子外径、定子铁心有效长度、定子槽半径、定子内径、转子外径、转子铁心内径和爪极根部厚度等参数，在温度场计算后，再优化励磁架、定子、转子、爪极等，最终得到优化的产品，并对产品进行工业生产测试，安徽省产品质量监督检验研究院检测和用户试用表明：产品优于原配套汽车发电机。具体内容如下： (1)以提高交流发电机比功(W/Kg)为目标，确定了汽车用爪极发电机系列设计中的额定工作转速、主要尺寸、结构，并推导出励磁架的直径比有0.618最佳值，此研究对汽车用爪极发电机的初步设计和优化设计有一定的意义。 (2)分析爪极发电机的结构参数对爪极发电机漏磁系数的影响，用三维磁矢位有限元方法计算了500W、750W爪极发电机在不同参数的空载漏磁系数，这些参数包括定子外径、定子铁心有效长度、定子槽半径、定子内径、转子外径、转予铁心内径和爪极根部厚度。计算结果为设计方案提供了合理性的参数。 (3)分析基于有限体积法的计算流体动力学的基本思想，介绍了优缺点及其求解过程，根据此理论，提出汽车发电机内温度场数值模拟计算过程所需的控制方程、通用控制方程，描述了中心差分等离散格式、流场计算算法、离散方程组的求解方法等，为后续发电机温度场数字模拟奠定基础。 (4)采用上述理论，以14V/500W发电机为例，建立3-D物理模型和数学模型，考虑到励磁绕组的铜耗、爪极的涡流影响，计算额定负载工况下的爪极、转轴等温度场的分布。 (5)再以14V/500W发电机为例，建立3-D物理模型和数学模型，计及定子各向异性、定子铁芯与绕组耦合条件，并考虑到励磁绕组的铜耗、定子铁损耗、涡流场的影响，铁芯及绕组等体积处理，计算额定负载工况下的定子温度场的分布； (6)通过对整个14V/500W(JFWB15C3-B型)发电机的网格剖分，计算出额定负载工况下的整机的三维温度场，各关键零部件的温度分布与实测的结果比对，验证了所建的物理模型和数学模型的正确性。 |
| 作者： | 朱卫国 |
| 专业： | 电机与电器 |
| 导师： | 王群京 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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