汽車爪極發(fā)電機的設(shè)計及三維溫度場數(shù)值模擬.pdf

1、由于爪極的特殊結(jié)構(gòu)，爪極發(fā)電機的磁場和溫度場具有明顯的三維特性，需要三維計算方法求解發(fā)電機性能參數(shù)。近年來隨著數(shù)值計算技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于大型發(fā)電機的轉(zhuǎn)子、定子等的溫度場數(shù)值計算研究較多，但對汽車爪極發(fā)電機的轉(zhuǎn)子、定子等的溫度場數(shù)值計算研究幾乎是空白。
　　 本文在漏磁和溫度場的計算的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計了幾種爪極發(fā)電機，并已產(chǎn)業(yè)化，其思路是：首先對汽車爪極發(fā)電機進行初步設(shè)計，并通過漏磁計算，優(yōu)化定子外徑、定子鐵心有效長度、定子槽半徑、

2、定子內(nèi)徑、轉(zhuǎn)子外徑、轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)徑和爪極根部厚度等參數(shù)，在溫度場計算后，再優(yōu)化勵磁架、定子、轉(zhuǎn)子、爪極等，最終得到優(yōu)化的產(chǎn)品，并對產(chǎn)品進行工業(yè)生產(chǎn)測試，安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院檢測和用戶試用表明：產(chǎn)品優(yōu)于原配套汽車發(fā)電機。具體內(nèi)容如下：
　　 (1)以提高交流發(fā)電機比功(W/Kg)為目標，確定了汽車用爪極發(fā)電機系列設(shè)計中的額定工作轉(zhuǎn)速、主要尺寸、結(jié)構(gòu)，并推導(dǎo)出勵磁架的直徑比有0.618最佳值，此研究對汽車用爪極發(fā)電機的初步設(shè)計

3、和優(yōu)化設(shè)計有一定的意義。
　　 (2)分析爪極發(fā)電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)對爪極發(fā)電機漏磁系數(shù)的影響，用三維磁矢位有限元方法計算了500W、750W爪極發(fā)電機在不同參數(shù)的空載漏磁系數(shù)，這些參數(shù)包括定子外徑、定子鐵心有效長度、定子槽半徑、定子內(nèi)徑、轉(zhuǎn)子外徑、轉(zhuǎn)予鐵心內(nèi)徑和爪極根部厚度。計算結(jié)果為設(shè)計方案提供了合理性的參數(shù)。
　　 (3)分析基于有限體積法的計算流體動力學的基本思想，介紹了優(yōu)缺點及其求解過程，根據(jù)此理論，提出汽車發(fā)電機內(nèi)

4、溫度場數(shù)值模擬計算過程所需的控制方程、通用控制方程，描述了中心差分等離散格式、流場計算算法、離散方程組的求解方法等，為后續(xù)發(fā)電機溫度場數(shù)字模擬奠定基礎(chǔ)。
　　 (4)采用上述理論，以14V/500W發(fā)電機為例，建立3-D物理模型和數(shù)學模型，考慮到勵磁繞組的銅耗、爪極的渦流影響，計算額定負載工況下的爪極、轉(zhuǎn)軸等溫度場的分布。
　　 (5)再以14V/500W發(fā)電機為例，建立3-D物理模型和數(shù)學模型，計及定子各向異性、定子鐵