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无人机用无刷电机的流-热耦合分析

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-06-21 10:57:02



无刷直流电机具有功率大、重量轻、功率密度高的优点,目前广泛应用于消费和工业无人机行业。外转子无刷电机广泛应用于无人机行业。电机的主要加热部件在电机内部。不合理的外转子结构设计将极大地影响电机的散热。如果外转子结构需要防水防尘,无刷电机的散热问题将更加突出。无刷电机的散热受电机本身旋转、电机加热功率、环境温度等因素的影响,其散热性能直接关系到无刷电机的工作寿命和可靠性。

无防水防尘要求的无刷直流电机


具有防水防尘要求的无刷直流电机


无刷电机线圈是主要加热部件之一。除了与电机本体结构的热传导外,无刷电机的主要加热部件还包括外转子旋转时产生的强制对流换热。本文简要介绍了使用情况fluent无刷电机的流热耦合模拟过程。采用流热耦合计算,解决流动和结构的热交换计算。通过这种方法,可以获得更准确的结构表面对流热交换,然后在一定速度稳定旋转时获得电机部件的温度分布。同时,利用获得的电机转子流场图来改进电机外转子的设计。二、二。建立和处理模型SolidWorks该软件建立了电机型号模型,并定期切割,导入SCDM预处理模型。下图是建立的模型与某型号电机实物模型的对比。


模型


导入到SCDM创建计算域、实体命名、组创建和拓扑操作,完成模型的预处理。处理后的模型保存为SCDOC格式文件。


几何模型的预处理


下表罗列了无刷电机零部件的名称以及缩写、材料和发热功率情况。这些内容在fluent设置时使用。


三、我们采用网格的划分Fluent Meshing网格划分,FM作为非结构网格划分软件,功能非常强大。FM由马赛克网格技术划分的非结构网格不仅质量好,而且价值高。Fluent Meshing这个强大的网格划分软件仍然值得学习。网格划分的第一步是几何导入。导入几何分为两次。第一次主要用于创建尺寸函数文件,第二次正式导入几何。该方法创建的表面网格问题少,质量好。FM网格质量提升功能比ICEM要好用很多ICEM里面不好处理的提升,在FM这根本不是一件事。个人习惯于在网格划分后直接创建周期网格,而不是导入Fluent然后创建一个周期性的内部。表面网格创建后,提取计算域,记得保存表面网格,以防止身体网格划分错误,无法返回。如果表面网格质量好,则软件划分的身体网格一般不需要太多的改进,可以直接导入解决方案。下图显示了划分的电机计算模型网格。


电机模型体网格剖面


电机结构表面六面体面网格四Fluent设置和后处理传统设置和后处理常规模型设置的基本操作内容。需要注意的是,计算域的设置和边界条件的指定。该算例共有3个流体计算域和10个固体计算域。由于外转子是一个旋转部件,因此涉及到旋转部件的定义。共节点在这里使用MRF计算方法,模拟外转子旋转引起的强制对流散热。固体计算领域较多,需要在加热部件上指定加热功率和材料。上表中的电机部件可以通过电机设计软件,如Maxwell计算也可以通过实验测试得到。边界条件的设置需要特别小心。首先,它涉及到许多部件。其次,软件在边界名称中自动命名,因此在选择时应特别注意。流体和固定之间的边界是wall,该软件将自动将传热类型设置为couple。可在边界上设置一些无法建模的部件,如线圈绝缘层。三个流体计算域之间设置为内部。


边界太多,不要看花眼


初始化,设置温度监测和迭代计算。


计算收敛后导入CFD-POST,将周期模型恢复到整体模型中。然后进行后处理获取速度、温度云图、获取流线、流量矢量图等,指导外转子的结构设计,努力使外转子旋转产生的空气流尽可能大地改善电机内线圈的散热,降低电机的最高温度。


电机模型温度分布(底面)


电机模型温度分布(顶面)


电机外转子流场流线


电机截面温度分布


五、写在最后


本文仅供使用fluent无刷电机流热耦合分析是一个简单的案例应用。本文所涉及的参数仅用于演示,不能用于实际工程应用。由于作者的水平和软件操作习惯,必然会有很多错误。欢迎批评和纠正本文中的错误。


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