汽車爪極發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)的磁場和溫度場具有明顯的三維特性，需要三維計(jì)算方法求解發(fā)電機(jī)性能參數(shù)。近年來隨著數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于大型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子等的溫度場數(shù)值計(jì)算研究較多，但對汽車爪極發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子等的溫度場數(shù)值計(jì)算研究幾乎是空白。
　　 本文在漏磁和溫度場的計(jì)算的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計(jì)了幾種爪極發(fā)電機(jī)，并已產(chǎn)業(yè)化，其思路是：首先對汽車爪極發(fā)電機(jī)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，并通過漏磁計(jì)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(jì)算后，再優(yōu)化勵(lì)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(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)測試，安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(jī)。具體內(nèi)容如下：
　　 (1)以提高交流發(fā)電機(jī)比功(W/Kg)為目標(biāo)，確定了汽車用爪極發(fā)電機(jī)系列設(shè)計(jì)中的額定工作轉(zhuǎn)速、主要尺寸、結(jié)構(gòu)，并推導(dǎo)出勵(lì)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(jī)的初步設(shè)計(jì)

3、和優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的意義。
　　 (2)分析爪極發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對爪極發(fā)電機(jī)漏磁系數(shù)的影響，用三維磁矢位有限元方法計(jì)算了500W、750W爪極發(fā)電機(jī)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(jì)算結(jié)果為設(shè)計(jì)方案提供了合理性的參數(shù)。
　　 (3)分析基于有限體積法的計(jì)算流體動力學(xué)的基本思想，介紹了優(yōu)缺點(diǎn)及其求解過程，根據(jù)此理論，提出汽車發(fā)電機(jī)內(nèi)

4、溫度場數(shù)值模擬計(jì)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(jì)算算法、離散方程組的求解方法等，為后續(xù)發(fā)電機(jī)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(jī)為例，建立3-D物理模型和數(shù)學(xué)模型，考慮到勵(lì)磁繞組的銅耗、爪極的渦流影響，計(jì)算額定負(fù)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(jī)為例，建立3-D物理模型和數(shù)學(xué)模型，計(jì)及定子各向異性、定子鐵