永磁耦合器電機多物理場分析方法。在低溫至高溫的寬溫區(qū)范圍、真空等航天惡劣環(huán)境下，永磁電機電磁參數(shù)變化很大，材料發(fā)生非線性變化，電磁場、溫度場、流體場、應力場等各個物理場之間耦合關系更加復雜，在正常環(huán)境下可以忽略的多物理場耦合關系變得不可忽略，成為關鍵的技術難題。電機的鐵心損耗、風摩損耗、電機溫升不但與環(huán)境溫度和壓強密切相關，而且相互影響。在真空環(huán)境中，散熱條件特殊，與相毗鄰部件的形狀及表面屬性相關，熱輻射與表面溫度成非線性關系。真空至高壓強的變化影響應力和材料特性變化，使得電機的多物理場建模難度增大。因此惡劣環(huán)境下永磁電機內(nèi)各物理場耦合關系非常復雜，研究各物理量和物理場的耦合關系及其動態(tài)變化規(guī)律非常困難。

永磁電機的多物理場分析方法以數(shù)值解析法和有限元分析為主。在數(shù)值解析方面，通用的建模方法有傳統(tǒng)矩陣法、鍵合圖法、聯(lián)結法、網(wǎng)絡法等。鐘掘院士等提出了對復雜機電系統(tǒng)進行全局耦合分析及耦合并行設計的基本理論 。賀尚紅教授等提出建立復雜網(wǎng)絡拓撲結構的建模矩陣法，并建立機、電、液傳遞矩陣統(tǒng)一模型。文獻采用廣義控制系統(tǒng)對發(fā)動機多場耦合數(shù)值仿真建立統(tǒng)一的數(shù)學模型，求解氣、熱、彈耦合的變域差分問題。介紹了多場耦合的節(jié)點映射方法，討論了場域內(nèi)載荷傳遞。但是數(shù)值解析法在耦合建模和求解仍存在較多問題，由于假設條件和忽略因素過多，導致計算精度不夠。在有限元分析方面，眾多CAD /CAE 軟件公司，如 Ansys、Flux、SIMULIA、UGS 等開發(fā)多物理場耦合計算工具，已應用于航空聲學、磁流體力學、動態(tài)流固耦合等領域，電磁計算的精度和效率逐步提高。2007年英國創(chuàng)刊的 《InternationalJournal of Multi Physics》雜志每年召開多場耦合會議，重點關注數(shù)值模型、模型計算、實驗調(diào)查，其中包括電機多物理場分析。

在傳統(tǒng)多物理場耦合分析方面，采用交替迭代的方法可以有效解決弱耦合以及周期穩(wěn)態(tài)強耦合場問題，直接耦合方法則是分析暫態(tài)強耦合場問題的最佳途徑。最初的多場耦合計算是采用順序單次耦合迭代方法，計算量較少，但是由于沒有考慮多場耦合，計算精確度較差。針對單次順序耦合的不足，提出了同一模型順序耦合計算方法，省去了兩次建模的過程，但是要求多物理場的耦合模型剖分一致且合理，否則計算結果差距較大，并且計算量比較大。同時，在分析含有外電路的直流無刷電機時，還需結合場路耦合分析，妥善處理非線性電路分析中仿真步長與計算量間的矛盾。由此可見，由于耐高溫電機內(nèi)耦合物理場多、耦合關系復雜、環(huán)境邊界復雜，現(xiàn)有的耦合場建模與解耦計算方法有待進一步改進。

來源：旺材電機與電控

審核編輯 黃昊宇