用于电动机建模的电磁-热-力学耦合方法
经典物理
2021-02-24 v1
摘要
受交通运输行业环境与可持续性考量驱动，更轻、更紧凑且更强力电动机的未来发展涉及更高的应力、电流与电磁场。机械、热与电磁效应间的强耦合将随之出现，电动机设计需要一致的多物理场建模方法。典型仿真——多数见于电气工程文献——采用逐步流程：先求解麦克斯韦方程得到洛伦兹力与磁力，再将其作为外体力用于求解牛顿运动方程。本文提出一种针对电动机边值问题的多物理场框架。借助连续介质力学直接法，基于热力学基本原理导出耦合电磁、热与力学场的通用框架。着重推导了小应变但任意磁化下各向同性材料的耦合本构方程。作为首要应用，该理论被用于理想异步电动机的解析建模，据此算出电流、磁场、应力与温度场对施加电流与转差参数的函数关系。将应力张量与体力矢量的各分量与其纯力学对应量(源于惯性)比较，量化了电磁现象的显著影响。
引用
@article{arxiv.2010.13409,
title = {A coupled electromagnetic-thermomechanical approach for the modeling of electric motors},
author = {N Hanappier and E Charkaluk and N Triantafyllidis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.13409},
year = {2021}
}