本发明涉及一种中小功率外转子无刷直流电机温升分析方法及装置，属于电机热分析。
背景技术：
1、外转子无刷直流电机由于其功率密度和转矩密度较高等优点，在低速大转矩、直接驱动等场合得到越来越多的应用，电机功率等级多数为中小功率。通常在低速大转矩、直接驱动等场合下，要求外转子无刷直流电机体积和质量要尽可能地小，并且安装空间较为封闭，从而就会导致温升高、散热困难等问题，而温升会直接影响到电机的使用寿命和可靠性，所以对外转子无刷直流电机进行热分析尤为重要。
2、目前电机热分析常用方法有：有限元法、计算流体力学法和集总参数热网络法。有限元法可以获得电机中温度场的分布，以及热点的具体温度和位置。计算流体动力学法将电机的温度场和流体场耦合，可以精确计算电机内各接触面的传热系数、流体流动状态和温度场分布。集总参数热网络法通过使用互连的热阻和热电容等集总参数来表示电机的各种结构部件，简化了计算模型，可以快速获得每个节点的温度。前两种方法的缺点都是计算过程复杂且耗时，集总参数热网络法的缺点是不能获得空间中特定点的温度场分布。与前两种方法相比，集总参数热网络法由于其计算时间短、计算模型简单的优点，在国内外得到了广泛的应用。而传统的集总参数热网络法是单向磁热耦合，并未考虑温度对铜绕组和永磁体材料的影响，这会导致计算结果出现误差。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种中小功率外转子无刷直流电机温升分析方法及装置，既能提高计算速度，又能保证结果精度，实现了双向耦合迭代。
2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
3、第一方面，本发明提供了一种中小功率外转子无刷直流电机温升分析方法，包括：
4、根据预先获取的电机结构参数，将外转子无刷直流电机各部件用等效热阻代替，建立电机集总参数热网络模型，并选取温升节点和损耗节点；
5、根据建立的电机集总参数热网络模型，结合电机内部和外部的传热情况对等效热阻进行分类计算；
6、初始温度设定步骤，包括：设定初始温度，计算在初始温度下电枢绕组损耗，将电枢绕组损耗作为热源添加至电机集总参数热网络模型的损耗节点中；
7、根据计算得到的等效热阻和电枢绕组损耗列写各温升节点和损耗节点的热平衡方程，并将其联立呈矩阵形式，通过求解矩阵得到各节点的温升；
8、将各节点的温升与初始温度做差值判断是否达到收敛误差，若没达到，则返回初始温度设定步骤并重新更新初始温度值；若达到，则输出计算结果。
9、进一步的，所述根据建立的电机集总参数热网络模型，结合电机内部和外部的传热情况对等效热阻进行分类计算，包括：
10、计算端盖与环境对流换热热阻，公式如下：
11、
12、
13、其中rec[f]、rec[r]分别为前、后端盖半径，rbs[f]、rbs[r]分别为前、后轴承半径，lair1、lair2分别为前、后端盖与前、后轴承间的接触间隙，hec[f]-amb、hec[r]-amb分别为前端盖和后端盖与外部空气对流换热系数，计算公式为：
14、
15、其中tamb为外部环境温度；
16、计算端盖内侧与端部空气对流换热热阻，公式如下：
17、
18、
19、其中hec[f]-es[f]、hec[r]-es[r]分别为前端盖和后端盖内侧与端部空气对流换热系数，计算公式为：
20、
21、其中ωr为转子角速度，dr为转子外径；
22、计算机壳与环境对流换热热阻，公式如下：
23、
24、其中rhousing为机壳半径，lhousing为机壳轴向长度，hhs-amb为机壳与外部空气对流换热系数，其计算公式为：
25、
26、计算端盖与机壳接触热阻，公式如下：
27、
28、
29、其中λec[f]、λec[r]分别为前、后端盖导热系数，lair3、lair4分别为前、后端盖与机壳接触间隙，λair3、λair4分别为前、后端盖与机壳接触间隙导热系数，lec[f]、lec[r]分别为前、后端盖轴向长度，ths为机壳厚度，λhs为机壳导热系数；
30、计算机壳热阻，公式如下：
31、
32、计算端盖与轴承接触热阻，公式如下：
33、
34、
35、其中λair1、λair2分别为前、后端盖与前、后轴承接触间隙导热系数，λbs[f]、λbs[r]分别为前、后轴承导热系数；
36、计算轴承与转轴接触热阻，公式如下：
37、
38、
39、
40、其中lbs[f]、lbs[r]分别为前、后轴承轴向长度，tbs[f]、tbs[r]分别为前、后轴承厚度，lair5、lair6分别为前、后轴承与前、后转轴接触间隙，λair5、λair6分别为前、后轴承与前、后转轴接触间隙导热系数，rax[f]、rax[r]分别为前、后转轴半径，λax[f]、λax[r]分别为前、后转轴导热系数；
41、计算转轴热阻，公式如下：
42、
43、其中lax为转轴轴向长度；
44、计算转轴与环境对流换热热阻，公式如下：
45、
46、hax[f]-amb、hax[f]-amb分别为前、后转轴与外部空气对流换热系数，计算公式为：
47、
48、计算转子铁心与机壳接触热阻，公式如下：
49、
50、其中rrl为转子铁心半径，λrl为转子铁心热导率，lrl为转子铁心轴向长度，trl为转子铁心厚度，lair7为转子铁心与机壳接触间隙，λair7为转子铁心与机壳接触间隙导热系数；
51、计算转子铁心与端部空气对流换热热阻，公式如下：
52、
53、其中hrl-es[f]、hrl-es[r]分别为转子铁心与前、后端部空气对流换热系数，计算公式如下：
54、
55、其中vr是转子旋转时的表面线速度；
56、计算永磁体与转子铁心接触热阻，公式如下：
57、
58、其中tmag为永磁体厚度，λmag为永磁体导热系数，lmagarc为永磁体极弧长，lmag为永磁体轴向长度，np是电机极数，lair8是永磁体与转子铁心接触间隙，λair8为永磁体与转子铁心接触间隙导热系数；
59、计算永磁体热阻，公式如下：
60、
61、计算永磁体与端部空气对流换热热阻，公式如下：
62、
63、其中hmag-es[f]、hmagnet-es[r]分别为永磁体与前、后端部空气对流换热系数，计算公式为：
64、
65、计算气隙热阻，公式如下：
66、
67、其中rag为气隙半径，hag为气隙对流换热系数，计算公式为：
68、
69、其中nu为空气的努赛尔数，λag为气隙等效导热系数，lag为气隙长度；
70、计算有效绕组热阻，公式如下：
71、
72、其中lsl为定子铁心轴向长度，λw为绕组等效导热系数，kslot为槽满率，sslot为槽面积，ns为电机槽数；
73、计算端部绕组热阻，公式如下：
74、
75、其中lew[f]、lew[r]分别为前、后端部绕组长度，λew[f]、λw[r]分别为前、后端部绕组等效导热系数，sew[f]、sew[r]分别为前、后端部绕组总表面积；
76、计算端部绕组与端部空气对流换热热阻，公式如下：
77、
78、其中hew[f]-es[f]、hew[r]-es[r]分别为前、后端部绕组与端部空气对流换热系数，计算公式为：
79、
80、计算定子轭热阻，公式如下：
81、
82、其中λsy为定子轭导热系数，lair9为定子轭与转轴接触间隙，tsy为定子轭厚度；
83、计算定子轭与转轴接触热阻，公式如下：
84、
85、其中λair9为定子轭与转轴接触间隙导热系数；
86、计算有效绕组、槽绝缘与定子轭接触热阻，公式如下：
87、
88、其中lslot为定子槽深，dsb为定子槽底宽，tl为槽绝缘厚度，λl为槽绝缘导热系数；
89、计算定子齿热阻，公式如下：
90、
91、其中λst为定子齿导热系数，sst为单个定子齿表面积；
92、计算有效绕组、槽绝缘与定子齿接触热阻，公式如下：
93、
94、其中dslot为定子槽平均宽度，dst为定子齿宽。
95、进一步的，所述等效热阻包括传导热阻、接触热阻和对流热阻。
96、进一步的，所述电枢绕组损耗分为前端部绕组损耗、有效绕组损耗、后端部绕组损耗。
97、进一步的，还包括计算电机其他损耗，所述电机其他损耗包括定子齿部、定子轭部、转子、永磁体、轴承以及风磨损耗。
98、进一步的，所述电机集总参数热网络模型的温升节点包括：前、后端盖温升节点，机壳机壳各分段温升节点，前、后轴承温升节点，转子铁心温升节点，永磁体温升节点，转子表面温升节点，定子齿表面温升节点，前、后端部绕组温升节点，定子槽壁温升节点，有效绕组温升节点，定子齿部温升节点，定子轭部温升节点，转轴各分段温升节点。
99、进一步的，所述电机集总参数热网络模型的损耗节点包括：转子损耗节点，永磁体损耗节点，1/2风摩损耗节点，前、后端部绕组损耗节点，有效绕组损耗节点，前、后轴承损耗节点，定子轭部损耗节点，定子齿部损耗节点。
100、第二方面，本发明提供一种中小功率外转子无刷直流电机温升分析装置，包括：
101、模型建立模块，用于根据预先获取的电机结构参数，将外转子无刷直流电机各部件用等效热阻代替，建立电机集总参数热网络模型，并选取温升节点和损耗节点；
102、分类计算模块，用于根据建立的电机集总参数热网络模型，结合电机内部和外部的传热情况对等效热阻进行分类计算；
103、初始温度设定模块，用于设定初始温度，计算在初始温度下电枢绕组损耗，将电枢绕组损耗作为热源添加至电机集总参数热网络模型的损耗节点中；
104、温升计算模块，用于根据计算得到的等效热阻和电枢绕组损耗列写各温升节点和损耗节点的热平衡方程，并将其联立呈矩阵形式，通过求解矩阵得到各节点的温升；
105、判断模块，用于将各节点的温升与初始温度做差值判断是否达到收敛误差，若没达到，则返回初始温度设定模块并重新更新初始温度值；若达到，则输出计算结果。
106、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器及存储介质；
107、所述存储介质用于存储指令；
108、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据前述任一项所述方法的步骤。
109、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述任一项所述方法的步骤。
110、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
111、本发明提供一种中小功率外转子无刷直流电机温升分析方法及装置，该方法建立了详细的中小功率外转子无刷直流电机的集中参数热网络模型，其中，电枢绕组被细分为前端部绕组、有效绕组、后端部绕组，绕组损耗被细分为前端部绕组损耗、有效绕组损耗、后端部绕组损耗，考虑了温度对铜材料的影响，使用了双向耦合迭代，弥补了传统集总参数热网络法单向耦合的精度缺陷，该方法可以快速准确地得到中小功率外转子无刷直流电机的稳态温度分布。