(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111581612.0 (22)申请日 2021.12.2 2 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 石存　任东杰　王少萍　石健　 王兴坚　张超　刘迪　郭浩宇　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 赵兴华 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种电机温度模拟方法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种电机温度模拟方法及系统， 所述模拟方法包括： 构建电机的电气模型； 构建 电机的内生热模型； 将电机的外壳、 定子轭部、 定 子齿部和转子等效为圆壁缸体， 将电机的绕组和 轴等效为圆柱体构建电机的热网络模 型； 在热网 络模型中选取电机的温度节点， 基于所述温度节 点构建电机的瞬态热平衡方程； 将所述电气模 型、 所述内生热模型和所述热网络模型依次连 接， 获得电机的多场耦合模型； 基于所述多场耦 合模型对电机运行过程中的温度变化进行模拟， 并采用梯度下 降算法对多场耦合模型中的电机 参数进行更新， 使模拟得到的模拟温度与电机的 实际温度的差值小于预设阈值。 本发 明建立的多 场耦合模型可在模拟过程中对电机参数进行调 整以调高模拟的精度。 权利要求书4页 说明书15页 附图7页 CN 114547839 A 2022.05.27 CN 114547839 A 1.一种电机温度模拟方法， 其特 征在于， 所述模拟方法包括如下步骤： 构建电机的电气模型； 构建电机的内生热模型； 将电机的外 壳、 定子轭部、 定子齿部和转子等效为圆壁缸体， 将电机的绕组和轴等效为 圆柱体构建电机的热网络模型； 在所述热网络模型中选取电机的温度节点， 基于所述温度节点构建电机的瞬态热平衡 方程； 所述瞬态热平衡方程用于所述热网络模型的计算； 将所述电气模型、 所述内生热模型和所述热网络模型依次连接， 获得电机的多场耦合 模型； 基于所述多场耦合模型对电机运行过程中的温度变化进行模拟， 并采用梯度 下降算法 对多场耦合模型中的电机参数进 行更新， 使模拟得到的模拟温度与电机的实际温度的差值 小于预设阈值。 2.根据权利要求1所述的电机温度模拟方法， 其特 征在于， 所述内生热模型为： 其中， Giron为定子轭部热源， GFei为定子轭部生热， GFei＝KaipFeimFei， mFei为定子轭部的重 量； Kai为定子轭部的损耗增加的经验系数； pFei为定子轭部单位质量硅钢片的损耗， p10/50,i为定子轭部单位质量硅钢片在B＝1T， f0＝50Hz时产生 的损耗， Biron表示定子轭部中最大磁通密度值， Tiron表示表示定子轭部温度， B表示磁通密 度， f为磁场频率， f0为磁场额定频率； Gteeth为定子齿部热源， GFet为定子齿部生热， GFet＝KatpFetmFet， mFet为定子齿部的重量， Kat为定子齿部的损耗增加的经验系数， pFet为定子齿部比损 耗， p10/50,t表示定子齿部单位质量硅钢片在B＝1T， f0＝50Hz时产生的损耗， Bteeth表示定子轭部 中最大磁通密度值， Tteeth表示定子齿部温度； Grotor为转子热源， PR为永磁体生热， PR＝∫J2/σ dV， J为永磁体涡流密度； σ 为永磁体电导 率， V为永磁体体积， Ph为转子生热， Ph＝k1Cfπ ρ ωm3r4l， k1为转子表面的粗糙度系数； r为转子 半径； l为转子轴向长度； Cf为空气摩擦系数； ρ 为空气密度； ωm为转子机械角速度； Gwinding为绕组热源， ia,ib,ic为电机的三相电流， Rwinding(Twinding)为温度为Twinding时绕组 阻值， Rwinding(Twinding)＝R0,winding(1+αcu(Twinding‑T15))， αCu为导体电阻的温度系数； Rwinding (Twinding)为温度为Tendwinding时端部绕组阻值， Twinding为绕组温度， R0,winding为温度为15℃时 绕组阻值， T15为15℃； Gendwinding为端部绕组热源， Rendwinding(Tendwinding)为温度为Tendwinding时端部绕组阻值，权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114547839 A 2Rendwinding(Tendwinding)＝R0,endwin ding(1+αcu(Tendwinding‑T15))， R0,endwinding表示温度为15℃时端 部绕组阻值， Tendwinding为端部绕组阻值温度。 3.根据权利要求2所述的电机温度模拟方法， 其特征在于， 所述热网络模型中的圆壁缸 体和圆柱体的热容计算公式为： C＝ρ·cp·V； 其中， C为热容， ρ 为圆壁缸体或圆柱体的材料密度， cp为圆壁缸体或圆柱体材料比热， V 为圆壁缸体或圆柱体 体积； 圆壁缸体的热阻计算公式为： 其中， Ra为圆壁缸体的径向热阻， R1r为圆壁缸体的内壁的轴向热阻， R2r为圆壁缸体的外 壁的轴向热阻， r1和r2分别为圆壁缸体的内半径和外半径， L为 圆壁缸体长度， k为圆壁缸体 材料热导率； 圆柱体的热阻计算公式为： 其中， Rr'表示圆柱体的轴向热阻， k'表示圆柱体材料热导率， L'表示圆柱体长度， r'表 示圆柱体的半径， R'a表示圆柱体的径向热阻。 4.根据权利要求3所述的电机温度模拟方法， 其特征在于， 所述瞬态热平衡方程为： 其中， 表示热容矩阵， C1、 Cn和CN分别表示第1个、 第n个和第N个 温度节点的热容； 为热导矩阵， Y1， Yn和YN分别表示第1个、 第n个和第N个温度节点 的热导， 各温度节点的热导由各温度节点的连接支路的热阻倒数相加得到； 为温度节点矩阵， T1、 Tn和TN分别表示第1个、 第n个和第N个温度 节点的温度； 为内生热矩阵， G1、 Gn和GN分别表示第1个、 第n个和第N个温度 节点的内生 热， 当第n个温度节点位于定子轭 部时Gn＝Giron， 当第n个温度节点位于定子齿 部 时Gn＝Gteeth， 当第n个温度节点位于转子时Gn＝Grotor， 当第n个温度节点位于绕组时Gn＝ Gwinding， 当第n个温度节点 位于端部绕组时Gn＝Gendwinding。权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114547839 A 3