专 辑 驱 动 装 置 与 电 源 技 术

富 士 时 报 Vol.C1 No.1 2009
电 力 电 子 设 备 的 技 术 要 素
图 10
嵌 入 式 电 源 设 计 工 具 概 要
专
辑
5.3 冷 却 设 计 工 具
以 往 的 电 力 电 子 设 备 的 冷 却 设 计 都 是 将 发 热 部 位 到 散 热
部 位 之 间 的 各 热 阻 代 入 到 散 热 计 算 公 式 , 继 而 计 算 出 稳 态 温
度 的 上 升 量 与 过 渡 温 度 的 上 升 量 。 但 高 密 度 、 大 规 模 产 品 的
部 件 布 局 与 结 构 比 较 复 杂 , 在 建 模 及 热 传 导 率 等 境 界 条 件 的
设 定 精 度 发 生 变 化 的 情 况 下 , 设 计 值 与 产 品 的 实 际 评 估 结 果
可 能 产 生 很 大 的 偏 离 。 此 外 , 测 定 半 导 体 模 块 接 合 部 位 的 局
部 温 度 分 布 与 散 热 器 内 部 细 微 空 间 的 风 速 分 布 是 一 件 比 较 困
难 的 工 作 , 因 此 必 须 利 用 三 维 热 流 体 解 析 模 型 进 行 仿 真 分 析 。
基 于 上 述 原 因 , 富 士 电 机 开 发 了 在 短 时 间 内 能 够 将 大 规
模 配 电 柜 内 气 流 分 布 以 及 小 到 单 个 半 导 体 器 件 内 部 芯 片 温 度
分 布 来 进 行 高 精 度 计 算 的 , 并 与 三 维 CAD 软 件 相 联 合 的 一
种 气 流 、 温 度 分 布 解 析 方 法 , 推 出 了 相 关 的 冷 却 设 计 工 具 。
图 11 所 示 为 电 力 电 子 设 备 冷 却 设 计 的 简 要 流 程 图 , 这
一 设 计 方 法 不 仅 能 计 算 出 高 精 度 的 损 耗 额 , 还 能 够 进 行 稳 态
与 非 稳 态 的 热 流 解 析 。 设 计 者 能 在 设 计 阶 段 掌 握 正 确 的 温 度
分 布 。 使 用 这 一 工 具 , 可 减 少 样 品 试 制 与 评 估 的 重 复 次 数 ,
缩 短 开 发 时 间 。
这 些 工 具 在 追 求 小 型 化 、 轻 量 化 、 廉 价 化 的 同 时 , 还 能
实 现 最 佳 设 计 , 确 保 高 可 靠 性 。
今 后 , 富 士 电 机 将 进 一 步 完 善 该 设 计 工 具 的 功 能 , 使 设
计 者 能 在 更 短 的 时 间 内 进 行 具 有 高 度 可 靠 性 的 冷 却 设 计 。
电 机 技 术
6.1 研 发 背 景 与 技 术 课 题
当 前 , 市 场 对 节 能 与 二 氧 化 碳 减 排 的 需 求 日 益 增 长 。 在
这 一 背 景 下 , 所 有 的 电 气 产 品 都 迎 来 了 提 高 效 率 的 机 遇 。 日
本 工 业 部 门 每 年 消 耗 掉 的 电 力 总 量 约 为 4000 亿 千 瓦 时 ,
而 其 中 电 机 类 产 品 的 消 耗 电 量 就 约 占 了 七 成 。 如 果 能 提 高 这
些 电 机 类 产 品 的 效 率 , 则 可 实 现 非 常 显 著 的 效 果 。 此 外 , 如
果 提 高 工 厂 等 单 独 用 电 单 位 的 电 机 类 产 品 效 率 , 可 实 现 二 氧
化 碳 的 减 排 , 控 制 电 力 费 用 , 降 低 电 力 设 备 的 容 量 , 其 结 果
图 11 冷 却 设 计 的 简 略 流 程 图
可 有 效 地 降 低 生 产 成 本 。
为 顺 应 以 上 潮 流 , 富 士 电 机 将 电 机 , 特 别 是 永 磁 电 机 以
及 驱 动 系 统 视 为 驱 动 装 置 事 业 战 略 的 重 要 部 分 , 积 极 地 进 行
技 术 研 发 。 如 图 12 所 示 , 永 磁 电 机 是 在 电 机 转 子 内 部 配 置
了 永 久 磁 铁 的 电 机 。 与 工 业 中 已 得 到 普 及 应 用 的 异 步 感 应 电
机 相 比 , 永 磁 电 机 转 子 内 部 的 损 失 大 幅 减 少 , 提 高 了 电 机 的
效 率 , 同 时 也 实 现 了 小 型 化 。 永 磁 电 机 的 另 外 一 个 特 征 就 是
设 计 的 自 由 度 较 高 , 适 合 嵌 入 于 其 他 设 备 之 中 。
然 而 , 永 磁 电 机 的 一 个 较 大 的 技 术 课 题 就 是 为 实 现 高 效
化 与 材 料 的 最 少 化 必 须 进 行 优 化 设 计 。 特 别 是 在 设 计 的 自 由
程 度 较 高 的 情 况 下 , 在 很 多 场 合 中 , 厂 家 必 须 对 永 磁 电 机 进
行 专 门 设 计 , 因 此 必 须 在 短 时 间 内 完 成 设 计 与 性 能 预 测 。 另
外 , 被 广 泛 采 用 的 高 性 能 钕 磁 铁 的 电 阻 率 较 低 , 因 此 磁 通 密
度 发 生 变 化 时 就 会 在 磁 铁 内 部 产 生 涡 流 。 由 涡 流 引 起 的 发 热
将 导 致 磁 铁 退 磁 。 因 此 , 永 久 磁 铁 的 最 大 耐 退 磁 量 也 是 一 个
重 要 的 设 计 项 目 。
针 对 这 些 课 题 , 富 士 电 机 研 发 出 了 下 列 设 计 平 台 并 将 其
应 用 到 设 计 工 作 之 中 , 以 推 动 永 磁 电 机 的 普 及 。
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