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范圍、真空等航天惡劣環境下，永磁電機電磁參數變化很大，材料發生非線性變化，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、電機溫升不但與環境溫度和壓強密切相關，而且相互影響。在真空環境中，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。因此惡劣環境下永磁電機內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變化規律非常困難。

永磁電機的多物理場分析方法以數值解析法和有限元分析為主。在數值解析方面，通用的建模方法有傳統矩陣法、鍵合圖法、聯結法、網絡法等。鐘掘院士等提出了對復雜機電系統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絡拓撲結構的建模矩陣法，并建立機、電、液傳遞矩陣統一模型。文獻采用廣義控制系統對發動機多場耦合數值仿真建立統一的數學模型，求解氣、熱、彈耦合的變域差分問題。介紹了多場耦合的節點映射方法，討論了場域內載荷傳遞。但是數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年英國創刊的 《InternationalJournal of Multi Physics》雜志每年召開多場耦合會議，重點關注數值模型、模型計算、實驗調查，其中包括電機多物理場分析。

在傳統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態強耦合場問題，直接耦合方法則是分析暫態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，由于耐高溫電機內耦合物理場多、耦合關系復雜、環境邊界復雜，現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