Đánh giá và áp dụng mô hình nhiệt để cải tiến động cơ công suất cao

Cần có sự tương quan và điều chỉnh các mô hình nhiệt hiện có dođến con đường nhiệt độc đáo của động cơ làm mát bằng chất lỏng công suất cao so với động cơ thông thườngđộng cơ làm mát bằn

Đánh giá và áp dụng mô hình nhiệt để cải tiến động cơ công suất cao

Ethan L Filip

Thesis submitted to the faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University

in partial fulfillment of the requirements for the degree of

Master of Science

In Mechanical Engineering

Douglas J Nelson – Chair Michael W Ellis John B Ferris

November 12, 2010 Blacksburg, VA Keywords: Nodal Thermal Model, Electric Vehicle Motor, Thermal Conductivity

Copyright 2010, Ethan L Filip

Evaluation and Application of Thermal Modeling for High Power Motor Improvements

Ethan L Filip ABSTRACT

Động cơ điện cho các ứng dụng xe cộ được yêu cầu phải có hiệu suất cao và nhỏkích thước và trọng lượng Mô hình hóa chính xác các đặc tính nhiệt của động cơ điện làrất quan trọng để định kích thước động cơ đúng cách Cải thiện việc làm mát các cuộn dây động cơ cho phépcho một động cơ hiệu quả hơn và tiết kiệm điện hơn Có nhiều phương pháp đểdự đoán nhiệt độ động cơ, tuy nhiên, bài báo này thảo luận về những ưu điểm và

độ chính xácbằng cách sử dụng mô hình nhiệt gộp nút Cả thương mại có sẵn và độc quyềnphần mềm mô hình hóa nhiệt động cơ được đánh giá và so sánh Cải tiến nhiệtdựa trên mô hình trong cả giao diện tiếp xúc và chất đóng gói quanh co được đánh giá,cho thấy những cải tiến của động cơ trong khả năng xử lý tổn thất nhiệt khoảng bốn mươilớn hơn phần trăm so với mức cơ bản, dẫn đến công suất cao hơn hoặc động cơ thấp hơnnhiệt

độ cho cùng một kích thước gói

Table of Contents:

Table of Contents: iii

List of Multimedia Objects: iv

Figures iv

Tables v

Equations v

1.0 Introduction 1

1.1 Problem 1

1.2 Objectives 1

1.3 Discussion 2

2.0 Literature Review 6

2.1 Thermal Modeling approach 6

2.2 Critical Parameters 7

2.3 Thermal Networks 9

3.0 Modeling 11

3.1 Lumped Parameter Modeling Benefits and Drawbacks for High Powered Motors 11 3.2 Thermsim 12

3.3 Motor-CAD™ 20

3.4 Sensitivity Analysis 35

4.0 Motor Thermal Testing 41

4.1 Test Setup 41

4.2 Thermocouple Placement 42

4.3 Baseline Motor Testing Results – Motor A 47

4.4 Motor Improvements and Nomenclature 47

4.5 Encapsulant Improvements Formulation and Testing 48

4.6 Encapsulation Issues 49

4.7 Motor B Results 52

4.7 Motor C Results 53

5.0 Summary and Conclusion 55

5.1 Motor A Results Summary 55

5.2 Motor B Results Summary 56

5.3 Motor C Results Summary 57

5.4 Improvement Discussion 57

5.5 Conclusions 58

References 60

Appendix A - Thermsim Excel Input 62

List of Multimedia Objects:

Figures

Figure 1 – Motor Axial Cross Section 3

Figure 2 – Motor Radial Cross Section 4

Figure 3 - Thermal Network Model 14

Figure 4 - Simulink Thermal Model Example 15

Figure 5 - Thermal Resistance Calculation Example 18

Figure 6 - Component Input Data with Correlation Factors 18

Figure 7 - Simulink Output Example 19

Figure 8 - Motor-CAD™ Input Sheet 21

Figure 9 - Motor-CAD™ Input Sheet - Axial 22

Figure 10 - Motor-CAD™ Input Sheet - Winding 23

Figure 11 - Motor-CAD™ Input Sheet - Cooling 24

Figure 12 - Motor-CAD™ Nodal Network 25

Figure 13 - Motor-CAD™ Circuit Editor 26

Figure 14 - Motor-CAD™ Radial Output 27

Figure 15 - Motor-CAD™ Axial Output 28

Figure 16 - Low Winding to End Winding Resistance 31

Figure 17 - Winding to End Winding Resistance Multiplier 32

Figure 18 - Power Addition at End Windings 33

Figure 19 - End Winding Potting Goodness Sensitivity 37

Figure 20 - Impregnation Goodness Sensitivity 38

Figure 21 - Encapsulation Thermal Conductivity Sensitivity 39

Figure 22 - Stator Lamination to Housing Gap Sensitivity 40

Figure 23 - Động cơ được lắp vào đế thử nghiệm 41

Figure 24 -Vị trí đặt cặp nhiệt điện bên trong 43

Figure 25 - Vị trí đặt cặp nhiệt điện bên ngoà 43

Figure 26 - Sự thay đổi nhiệt độ khe 45

Figure 27 - Vị trí cuối cuộn cặp nhiệt điện 46

Figure 28 - Biến thiên nhiệt độ cuối (250 vòng / phút) 46

Figure 29 - Thiết lập kiểm tra so sánh nhanh 49

Figure 30 - Mặt cắt khe - Gia công 50

Figure 31 - Ecapsulation Voids, “Motor B” Inner Diameter 51

Figure 32 - Encapsulation Voids, Close Up – “Motor B” 51

Figure 33 -Đổ đầy đóng gói “Động cơ C” 52

Tables

Table 1- Motor A Tested Results 47

Table 2 - Motor B Tested Results 52

Table 3 - Motor C Tested Results 54

Table 4 - Motor A Results Summary 55

Table 5 - Motor B Results Summary 56

Table 6 - Motor C Results Summary 57

Equations [Eq 1] 30

100 ° C Làm mát bằng chất lỏng động cơ nằm trên mạch nhiệt độ thấp hơnđộng cơ, với nhiệt độ nước làm mát trong khoảng 75-85 ° C Bài báo này tập trung vàomô hình hóa và cải tiến hiệu suất nhiệt của động cơ xe công suất cao, vàdo đó những cải tiến đối với hiệu suất chung của động cơ với những thách thứcmôi trường mui xe

1.2 Mục tiêu

Mục đích của bài báo này là đánh giá và kiểm tra các cải tiến trong việc làm mát hiệu suất của động cơ xe công suất cao Cải thiện làm mát đạt được thông quađánh giá, điều chỉnh và xác minh các mô hình nhiệt động cơ, sau đó sử dụng các mô hình đó đểxác định, xây dựng và thử nghiệm các cải tiến nhiệt đáng kể

Các phương pháp mô hình hóa nhiệt cho động cơ làm mát bằng chất lỏng được đánh giá, vớiso sánh giữa hai mô hình nhiệt riêng biệt được điều chỉnh với động cơ đã thử nghiệmhiệu suất nhiệt Cần có sự tương quan và điều chỉnh các mô hình nhiệt hiện có dođến con đường nhiệt độc đáo của động cơ làm mát bằng chất lỏng công suất cao so với động cơ thông thườngđộng cơ làm mát bằng không khí mà các mô hình này ban đầu dựa trên và tương quan với.Hiệu suất nhiệt được đo bằng mức độ tổn thất mà động cơ có thể chịu đượckhông vượt quá nhiệt độ tối đa của cuộn dây là 200 ° C Độ lớn của động cơ cao hơntổn thất nhiệt khi chịu đựng thể hiện sự cải thiện nhiệt và cuối cùng dẫn đếnđầu ra công suất động cơ cao hơn mà không cần tăng kích thước hoặc trọng lượng gói động cơ

Các mô hình nhiệt đã được điều chỉnh và xác minh được sử dụng để có được một đường dẫn tập trung chocải thiện hiệu suất nhiệt Động cơ cải tiến này sau đó được chế tạo và thử nghiệm nhiệtđể so sánh hiệu suất nhiệt dự đoán của mô hình với các giá trị thử nghiệm thực tế, xác minhNhững cải tiến

1.3 Thảo luận

Khả năng mô hình hóa chính xác hiệu suất nhiệt của chất lỏng công suất cao-động

cơ được làm mát là rất quan trọng trong cả giai đoạn báo giá và thiết kế của quá trình phát triển động cơ.Ước tính hiệu suất nhiệt là cần thiết để đảm bảo rằng động cơ sẽ phù hợptrong không gian được giao và đáp ứng các tiêu chí về hiệu suất và hiệu quả cần thiết.Động cơ có kích thước và dải công suất này rất đắt để làm nguyên mẫu, và nó khôngthực tế để chế tạo động cơ cho mỗi thiết kế mới nhằm xác minh các giả định về nhiệt.Mặt cắt của mô hình động cơ làm mát bằng chất lỏng được thể hiện trong Hình 1 và Hình 2

Hình 1 - Mặt cắt ngang trục động cơ

Housing / Cooling

Jacket (Aluminum) with

75°C – 85°C Coolant Encapsulation

Hình 2 - Mặt cắt hướng tâm động cơ

Một thông số cải thiện nhiệt có tác động lớn đến động cơhiệu suất là độ dẫn nhiệt của chất bao bọc dây quấn Dây qubọc là một chất cách điện được sử dụng để giữ lại các cuộn dây đồng trong động cơlõi, và cũng cải thiện đường dẫn nhiệt giữa đồng và chất lỏng được làm mátlõi động cơ Thay đổi đóng gói quanh co này là trọng tâm của bài báo này, vì 39%cải thiện hiệu suất động cơ đã đạt được thông qua các cải tiến trong động cơđóng gói quanh co, như được chỉ ra trong Phần 5.0, Tóm tắt kết quả Khả

năngxác định số lượng cải tiến nhiệt trong thiết kế động cơ là quan trọng, vì cải tiếnchất đóng gói làm tăng thêm chi phí cho động cơ cả về chi phí vật liệu và thời gian sản xuất Với

ShaftMagnets

một mô hình nhiệt chính xác, những chi phí này có thể được biện minh bằng cách minh họa động cơ tăngcông suất hoặc giảm đóng gói động cơ có thể đạt được.

Các lĩnh vực cải thiện nhiệt khác đã được xem xét nhưng không được bảo

hiểmchuyên sâu trong nghiên cứu này bao gồm các khoảng trống và khoảng trống bên trong động cơ Khoảng cách giữaphần ứng và vỏ được chứng minh là có ảnh hưởng rất lớn đến công suất cao, làm mát bằng nướcđộng cơ, tuy nhiên điều này khó thay đổi và đo lường trong động cơ Khớp này làthường được tối ưu hóa cho cấu trúc trong khi giảm thiểu khả năng chịu nhiệt Voids tronghệ thống lót khe điện áp cao và bọt khí bên trong chất đóng gói cũng có mặttrong các động cơ công suất cao, tuy nhiên điều này là một thách thức để định lượng mà không hoàn chỉnhphá hủy động cơ, và nó không hiển thị trong các mô hình nhiệt được đánh giá.Những cải tiến trong hệ thống đóng gói bao gồm những thay đổi về quy trình để giảm thiểuhình thành khoảng trống

2.0 Literature Review

2.1 Phương pháp mô hình hóa nhiệt

Sự tiến hóa và các phương pháp tiếp cận hiện đại để phân tích nhiệt của máy điện [1]

Bài báo này cung cấp một số đầu vào về các công cụ và thực tiễn tốt nhất hiện có chomô hình nhiệt động cơ Bài báo có thể có một số thành kiến đối với các mô hình nút,

vì một trong nhữngcác tác giả đã thành lập công ty sản xuất Motor-CAD ™ [2], mộtmô hình nhiệt nút có sẵn để phân tích động cơ Motor-CAD ™ cũng được sử dụng trongluận điểm là một trong hai mô hình nhiệt nút đã phân tích Phân tích phần tử hữu hạn

(FEA),Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) và Mô hình hóa mạch - mạch (nút) làthảo luận Tầm quan trọng của mô hình nhiệt và những hạn chế cũng được thảo luận

Mô hình FEA được thảo luận là hữu ích cho các động cơ không thuộc loại tiêu chuẩncó dạng hình học không đều Phương pháp phân tích này được mô tả là rất tốn thời gianđể thiết lập, cũng như tốn thời gian để chạy FEA có lợi thế hơn so vớimô hình tham

số với khả năng xác định vị trí các điểm nóng động cơ có thể không được đặt tạivị trí chính xác của nút tham số gộp, tuy nhiên, một mạng được xác định rõ thì nhiềuthực tế hơn để chạy

Lợi thế của phân tích CFD được minh họa trong khả năng cải thiện các phần của mộtđộng cơ, chẳng hạn như luồng không khí hoặc luồng nước làm mát, tuy nhiên, chức năng chính hiện tại của CFD làkhông phải là một công cụ để đánh giá các đặc tính nhiệt đầy đủ của động cơ Các tác giả thảo luận rằng CFDphân tích kết hợp với mạng tham số gộp là cách tốt nhất để sử dụng CFD

Mô hình tham số gộp được thảo luận như một mạng phân tích nhanh dựa trênhình học đơn giản hóa để phát triển một mạch điện trở nhiệt Tham số gộpmạng nhiệt thường

phải bao gồm “các con đường truyền nhiệt chính” Mạng nhiệt tham số gộpmô hình được chỉ ra là bị giới hạn bởi kiến thức về các thông số nhiệt và truyền nhiệthệ số, tuy nhiên, giới hạn này được nêu chính xác để cũng áp dụng cho sốcác cách tiếp cận mô hình hóa chẳng hạn như FEA

Mặc dù các tham số và giao diện quan trọng chỉ được thảo luận ngắn gọn

trongkết luận của bài báo này, ba trong số các tác giả đã đóng góp vào Xác định mức độ quan trọngCác thông số trong Mô hình nhiệt máy điện [3] , một bài đánh giá kỹ lưỡng hơn, và [4] arất giống giấy

2.2 Các thông số quan trọng

Xác định các thông số tới hạn trong mô hình nhiệt máy điện [3]

Chủ đề chính của bài báo này là thảo luận về các thông số quan trọng phảiđược xác định để có một mô hình nhiệt động cơ chính xác, bất kể mô hìnhkỹ thuật Bài báo tập trung vào bảy thông số:

1 Khả năng chịu nhiệt tương đương giữa khung và môi trường xung quanh và tốc

độ quạt bằng không

2 Độ dẫn nhiệt tương đương giữa cuộn và cán

3 Hệ số truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa cuộn dây cuối và cuối nắp

4 Hệ số truyền đầu bức xạ giữa khung bên ngoài và môi trường xung quanh

5 Khoảng cách giao diện giữa cán và khung ngoài

6 Tốc độ làm mát không khí

7 Mang điện trở nhiệt tương đương

Mặc dù các thông số này giúp minh họa những khó khăn trong việc thiết lập nhiệt

8

động cơ, chẳng hạn như động cơ được sử dụng trong các ứng dụng xe công suất cao, chỉ

có hai trong số các động cơ quan trọng nàycác thông số có liên quan - Độ dẫn nhiệt tương đương giữa cuộn dây vàCán màng và Giao diện Khoảng cách giữa Cán màng và Khung ngoài

Hệ số dẫn nhiệt giữa các cuộn dây và cán được thể hiện làgần đúng bằng cách sử dụng ba phương pháp khác nhau Một trong những mô hình dựa trên đường cong vừa vặntương quan với các phép đo hiện có, một mô hình khác là FEA 2D của các cuộn dâyđược mô phỏng ở khoảng cách đều nhau và mô hình thứ ba là mô hình cuộn dây phân lớp vớicác điện trở Phần mềm thương mại sử dụng mô hình quanh co để dễ dàng đầu vào vàsự tùy biến Mô hình sử dụng các đặc tính vật liệu, kết hợp với một chất ngâm tẩmHệ số "tốt" để tính đến không khí hoặc khoảng trống bên trong ngâm tẩm của cuộn dây động cơ

Khoảng cách giữa cán đến khung giao diện được thảo luận khi cần thiết để chính xácxác định nhiệt trở đối với khung Ví dụ về giao diện đo nhiệtKhoảng trống được chứng minh là có thể thay đổi trong một loạt các kích thước động cơ, khác nhau, từ 0,01 mmđến 0,08 mm Phạm vi này được chứng minh là có ảnh hưởng đáng kể đến việc làm mát động cơ Cáccác tác giả cũng lưu ý rằng các thiết kế động cơ giống hệt nhau đã được

đo lường để có sự khác biệt vềcác khoảng trống về giao diện Giá trị này sau đó được chứng minh là đặc biệt quan trọng trong động cơ làm mát bằng chất lỏng,nơi mà đường dẫn nhiệt qua mặt phân cách này với chất lỏng làm mát

Bài báo “Giải quyết các khía cạnh khó khăn hơn của nhiệt động cơ điệnPhân tích

”[4] là của các tác giả giống như [3], và có vẻ ngoài và nhiều thông số giống nhau.Một

bổ sung trong [4] là bao gồm một cuộc thảo luận về sự truyền nhiệt qua không khí động cơ-lỗ hổng Thảo luận về khe hở không khí bao gồm sự gia tăng truyền nhiệt khi rôto hoặc statođường kính không mịn, tuy nhiên tính năng này không quan trọng đối với xe

2.3 Mạng nhiệt

Mô hình nhiệt tham số giấy cho máy điện của TEFC(Hoàn toàn kèm theo, làm mát bằng quạt) [5] của Mellor là cơ sở cho nhiều bổ sunggiấy tờ về mô hình nhiệt tham

số gộp thông thường, bao gồm cả các giấy tờ cụ thểdùng cho động cơ nam châm vĩnh cửu

và động cơ làm mát bằng nước [6] Một ví dụ bổ sung làmô hình nam châm vĩnh cửu bên trong của Ayman [7] Mô hình thông thường này là cơ sở củacả phần mềm được phát triển nội bộ và phần mềm thương mại được sử dụng trong bài báo này

Các cải tiến đối với mô hình nhiệt tham số gộp thông thường đã đượcđề xuất trong nhiều bài báo của Gerling Giấy Novel nhiệt thông số gộp chungmô hình cho hệ thống điện [8] thảo luận về một mô hình trong đó phần tử rắn được coi làthay vì chỉ một nút, cho phép phân phối tổn thất và nhiệt độ trongthành phần Cải tiến mô hình cũng bao gồm các nút di chuyển để đạt đến đỉnhđiểm nhiệt độ cho vị trí nút Phương pháp này giải quyết cácmối quan tâm của mô hình nhiệt của các nút đại diện cho nhiệt độ trung bình, trong khi đối với một số động cơvật liệu, điều quan trọng là chỉ biết nhiệt độ cao nhất

Bài báo Mô hình nhiệt thông số được cải tiến cho điệnMáy móc [9] cung cấp một bản tóm tắt tốt về tầm quan trọng trong việc thu được nhiệt chính xácmô hình, cho phép xác định đúng kích thước động cơ và đảm bảo vật liệu sẽ chịu đượcMôi trường Bài báo cũng thảo luận về độ nhạy phát sinh từ khoảng cách từ stato đến vỏ,và thuộc tính vật liệu lót khe, nhưng nó không cung cấp giải pháp mô hình hóa tốt cho cảtrong số những vấn đề

đó ngoài việc đề xuất thử nghiệm Bài báo cũng thảo luận về bồi thườngcác phần tử, tương tự như [8] và những cải tiến được thực hiện đối với mô hình nhiệt Đa sốsự khác biệt của mô hình là ở cuộn dây cuối, đồng và răng, nơi nhiệttổn thất sẽ được phân phối

mô hình thay vì thử nghiệm bộ phận thực tế Do đó, như một khái niệm cho một mô hình,các cải tiến có giá trị, tuy nhiên, mô hình nên được thử nghiệm trên các bộ phận thực đểxác nhận

Sự phức tạp trong mô hình được đề xuất bởi Gerling [8,9], trong khi chúng dường nhưđược cải tiến, dường như chỉ mang lại lợi ích hạn chế cho việc phân phối các nút bổ sungtrong răng, đồng và cuối cuộn dây Mô hình thương mại Motor-CAD ™phần mềm được sử dụng trong bài báo này đã bao gồm một loạt các nút phân tán cho đồng.Công việc trong tương lai có thể bao gồm việc thêm các nút vào răng và cuối cuộn dây để giải quyết vấn đề nàysự khác biệt về tổn thất phân tán

Mô hình hóa tham số gộp sẽ không phải là giải pháp mô hình hóa tốt nhất nếu động cơhình học khác rất nhiều so với mô hình hiện có Tiết kiệm cả thời gian vàtiền được thực hiện bằng cách chạy một giải pháp phần tử hữu hạn so với thiết lập một nút mớimô hình mạng Điều này đặc biệt đúng nếu không có kế hoạch sử dụng lại nút mớimô hình mạng cho các phân tích trong tương lai Động cơ đang được phân tích cho ứng dụng

phù hợp với hình học mô hình động cơ không chổi than nam châm vĩnh cửu hiện có và

do đó nó rấthiệu quả để sử dụng phương pháp tham số gộp

Một vấn đề với các mô hình hiện có là hình dạng không thay đổivới điều kiện động cơ nhất thời Một ví dụ về điều này là khoảng cách giữa lõi động cơvà nhà ở Tầm quan trọng của tham số này được thể hiện trong [3] được tham chiếu trước đó vàcũng được minh họa trong phân tích độ nhạy ở Phần 3.4 Khoảng cách này phụ thuộc vàosự chênh lệch nhiệt độ giữa vỏ và lõi, và vỏ nhômvà các lớp thép có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau Với hiện tạiphần mềm, khe hở không đổi khi nhiệt độ thay đổi Điều này yêu cầu thủ côngsự lặp lại của hình học khe hở để dự đoán chính xác nhiệt độ động cơ

3.2 Thermsim

Thermsim là phần mềm mô hình nhiệt độc quyền được phát triển nội bộ Nó là nền tảngdựa trên các phương trình trong bài báo của Mellor [4] với mạng điện trở nhiệt được hiển thị trongHình 3 Mô hình được giải quyết bằng Matlab ™, với thiết lập và lập trìnhsử dụng Simulink ™ như thể hiện trong Hình 4 Microsoft Excel được sử dụng cho các đầu vào vàkết quả đầu ra với mô hình Simulink ™, cũng như để giải quyết vấn đề điện trở nhiệt và nhiệtthông số điện dung Các đầu vào cho Thermsim bao gồm các thuộc tính vật liệu vàhình học cho vỏ, lớp phủ, nam châm, bao gói và cuộn dây, cũng nhưcác đặc tính nhiệt của cuộn dây và các đặc tính hình học và dòng chảy của nước làm mát.Các bảng đầu vào Thermsim cho được hiển thị trong Phụ lục A Một ví dụ về mô hình điện trởđược thể hiện trong Hình 5, trong khi các yếu tố tương quan được thể hiện trong Hình

6 Các thông số đã vượt quasang mô hình Simulink ™ từ Excel bao gồm điện trở nhiệt, điện dung nhiệt

tốc độ động cơ, mômen động cơ, thông tin tổn thất và các thông số chất lỏng làm mát Simulink ™cũng có thể được sử dụng trực tiếp cho các đầu ra, như trong Hình 7.

Figure 3 - Thermal Network Model

Hình 4 - Ví dụ về mô hình nhiệt Simulink

Các lợi ích khi sử dụng phần mềm được phát triển nội bộ này bao gồm lịch sửmối tương quan với nhiều loại động cơ sản xuất, cũng như khả năng khám phá vàhiểu các giả thiết được thực hiện đối với mỗi điện trở nhiệt và điện dung Động cơthử nghiệm nhiệt tốn nhiều thời gian và tốn kém; do đó mối tương quan này với động cơ thựcthử nghiệm là một tài sản quý giá của phần mềm này Tuy nhiên, một nghiên cứu về mối tương quan vớidữ liệu thử nghiệm có thể dễ dàng được sao chép cho phần mềm mới với điều kiện là thử nghiệm đãđã được hoàn thành Khả năng khám phá và chỉnh sửa các phương trình và giả định được thực hiện chomỗi điện trở nhiệt và điện dung đều rất có giá trị để có được mộttương quan và giải thích kết quả cho một loại động cơ có bất kỳ hình dạng hoặc cuộn dây nàocác biến thể so với thiết lập tiêu chuẩn, như thường xảy ra với các động cơ xe công suất lớn.Tính mở này tạo điều kiện thuận lợi để khắc phục sự cố bất kỳ sự khác biệt nào giữa các giá trị được kiểm tra vàmô hình giả định về diện tích hoặc mức điện trở nhiệt

Hạn chế đối với phần mềm được phát triển nội bộ bao gồm thiếu kết quả trực quanliên quan đến hình học động cơ, thiếu đầu vào trực quan, yêu cầu về sự tương

quancác yếu tố như trong Hình 6 và giới hạn của loại động cơ Thiếu kết quả đầu ra trực quanvà đầu vào làm giảm đáng kể khả năng nhanh chóng nhận ra lỗi đầu vào hoặcdị thường tính toán Kết quả đầu ra trực quan cũng giúp minh họa các lĩnh vực cơ hội chocải thiện làm mát Ví dụ, một đầu ra cho thấy rằng các đầu cuối của động cơ rất nóngtrong khi vỏ bao quanh mát mẻ, cho phép tăng cường tập trung vào giao diện

giữađầu cuối và cuộn dây cung cấp những lợi ích đáng kể Việc sử dụng tương quan bắt buộccác yếu tố là do sự khác biệt của mô hình so với hình dạng thực tế hoặc khi hình dạng thực tếkhông được biết chính xác Thermsim sử dụng hai yếu tố tương quan, nhiệt

các yếu tố tương quan đã được xác định bằng cách điều chỉnh để phù hợp nhất với

nhiềuvị trí nhiệt trong động cơ, bao gồm cả cuộn dây cuối và rãnh trên và dướicác phép

đo nhiệt độ Sự cần thiết của các yếu tố tương quan có thể do khoảng trốngtrong sự đóng gói và điện trở tiếp xúc chưa biết trong giao diện rãnh và phần ứngkhu vực Hiện tại phần mềm nội bộ chỉ hữu ích trên nam châm vĩnh cửu không chổi thanđộng cơ và động cơ cảm ứng Cần phải lập trình lại đáng kể đểsử dụng công cụ này cho động cơ chổi than, động cơ không chổi than nam châm vĩnh cửu rôto bên ngoài, chônđộng cơ PM nam châm, động cơ có chổi than và động cơ điện trở chuyển mạch Thương mạiphần mềm có sẵn đã được mua và đánh giá vì những lý do này

conductivity of air 0.0000340W/mm/deg C

area of ecap / housing interaface 47,751 mm^2

contact drop, slip fit 0.3534 deg C / W

Hình 5 - Ví dụ tính toán điện trở nhiệt

Hình 6 - Dữ liệu đầu vào của thành phần với các yếu tố tương quan

Hình 7 - Ví dụ đầu ra Simulink

3.3 Động cơ-CAD ™

Lợi ích rõ ràng nhất khi sử dụng phần mềm Motor-CAD ™ có sẵn trên thị trường làGiao diện đồ họa người dùng Phần mềm tạo cả mặt cắt trục và hướng tâm của động cơmô hình như hình học là đầu vào Điều này cho phép kiểm tra rất rõ ràng và nhanh chóng để xác minhrằng hình học đầu vào là chính xác Ví dụ về các trang đầu vào này nằm trong Hình 8và Hình 9 Các đầu vào làm mát và cuộn dây được thể hiện trong Hình 10 và Hình 11, vớimạng nhiệt và trình biên tập mạch được hiển thị như Hình 12 và Hình 13 Đầu rakết quả nhiệt độ được hiển thị một cách rõ ràng tương tự, với nhiệt độ được hiển thịtại các nút trên hình học động cơ Chế độ xem này giúp minh họa vị trí của các điểm nóng vàcác đường dẫn nhiệt được định vị Điều này được minh họa trong Hình 14 và Hình 15

Đầu vào Motor-CAD ™ rất giống với Thermsim, bao gồm cácđặc tính hình học

và vật liệu cho vỏ, cán mỏng, nam châm, bao gói,và cuộn dây, cũng như các đặc tính nhiệt của cuộn dây và hình dạng và dòng chảy làm mát chất lỏngtính chất Motor-CAD

™ cũng sử dụng các yếu tố tương quan, đặc biệt là ngâm tẩmtốt cho cuộn dây cuối, giao diện liner-lam, và các phần cuộn dây hoạt động vàbầu tốt ở cuối quanh co Các yếu tố tương quan này có sẵn để tínhđối với các khoảng trống không xác định và khoảng trống điện trở tiếp xúc xuất hiện trong quá trình sản xuất

Mạng nút cho Motor-CAD ™ rất giống với mạng nút choThermsim, với một vài tính năng bổ sung Cuộn dây hoạt động được biểu diễn bằng một chuỗicủa các lớp chất đóng gói và đồng, trái ngược với nút điểm đơn trong Thermsim.Mạng nút cũng kết hợp các đường dẫn làm mát bổ sung bên trong động cơkhông gian, tuy nhiên điều này ít ảnh hưởng đến động cơ làm mát bằng chất lỏng Mạng nút choMotor-CAD ™ linh hoạt và thay đổi dựa trên loại làm mát đã chọn

Hình 8 - Bảng nhập liệu Motor-CAD ™

Hình 9 - Bảng nhập liệu Motor-CAD ™ - Trục

Hình 10 - Trang nhập liệu Motor-CAD ™ - Quanh co

Hình 11 - Bảng đầu vào Motor-CAD ™ - Làm mát

Hình 12 - Mạng Nodal Motor-CAD ™

Hình 13 - Trình chỉnh sửa mạch Motor-CAD ™

Hình 14 - Đầu ra xuyên tâm Motor-CAD ™

Hình 15 - Đầu ra trục Motor-CAD ™

Có các tính năng khác được bao gồm trong Motor-CAD ™ góp phần vàosử dụng phần mềm thuận tiện Có một cơ sở dữ liệu vật liệu phong phú, bao gồm cả không khívà đặc tính chất làm mát lỏng Các đầu vào xung quanh không khí và làm mát bằng chất lỏng làđơn giản và tự động tính toán xem dòng chảy có nhiều tầng, hỗn loạn hoặcđường biên giới Trình chỉnh sửa mạch cho phép một số tùy chỉnh về hình dạng động cơbên ngoài hình học tiêu chuẩn, chẳng hạn như cài đặt các nút ở nhiệt độ cố định Cáckhả năng chạy phân tích độ nhạy là một công cụ rất hữu ích khác trong Motor-CAD ™.Phân tích độ nhạy của mẫu được trình bày trong Phần 3.4.

Motor-CAD ™ được thiết kế xung quanh các động cơ thương mại, với hệ thống làm mát thông thườngcác phương pháp Phần lớn các ví dụ về chủ đề trợ giúp và tài liệu Motor-CAD ™chỉ ra rằng thiết lập và xác nhận các mô hình nhiệt được thực hiện trên hệ thống làm mát bằng không khí,động cơ công nghiệp Làm mát bằng chất lỏng tồn tại như một tính năng tích hợp trong Motor-CAD ™,tuy nhiên, các chi tiết và tùy chọn xung quanh đường dẫn làm mát này không được phát triển nhưtùy chọn làm mát bằng không khí, chẳng hạn như thông qua hệ thống thông gió Với làm mát bằng chất lỏng, hầu hết tất cả cácnhiệt được truyền qua giao diện lõi / vỏ và cuộn cuối / vỏgiao diện, làm cho các tính năng quan trọng này trong hình học của mô hình

Một khu vực dự đoán mô hình không khớp với dữ liệu thử nghiệm là cuộn dây cuốiso với nhiệt độ tâm khe Sử dụng Motor-CAD ™, nhiệt độ cuối cuộn dây làrất gần với nhiệt độ của cuộn dây khe, trong khi thử nghiệm vật lý của nước công suất caođộng

cơ được làm mát, nhiệt độ cuối cuộn dây có thể cao hơn từ 20 ° C đến 30 ° C so với khe cắmnhiệt độ trung tâm Sự khác biệt này có thể được giải thích thông qua một giá trị điện trở làquá thấp như hình 16 Điện trở giữa cuộn dây cuối và rãnhtrung tâm được tính toán