《电感器件的电磁热场数值模拟设计与产业化》

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电感器是电能变换系统中的关键部件,其电磁热场参数相互耦合,经常存在温度场分布不均、温度梯度过高、噪声较大、绝缘薄弱等困扰企业发展的难题。青岛大学与青岛云路新能源科技有限公司合作于2012年11月开展了“电感器件的电磁热场数值模拟设计与产业化”项目,取得了如下成果:

1、形成了创新设计理论体系:

针对电感器的具体应用电路,采用耦合模理论建立了该电感器件的电磁热场与电路系统耦合的全状态模型,获得电压、电流等模拟曲线并进行采样;对电感器铁芯材料建立新媒质(复合媒质)特性模型、建立磁阻、趋肤渗透等表面响应模型;建立多目标、多约束的电感器结构参数非线性规划(NLP)模型;建立3D有限元仿真模型,通过仿真得到该电感器的三维磁场分布、温度场分布、及噪声分布云图;基于Pareto最优思想及交叉熵理论,形成一种结构参数的优化设计方法,并编写对应软件;在相应的实验平台上运行并测试。

2、新产品的高效数值模拟设计:

根据创立的设计理论,建立了各种电感器的3D有限元仿真模型,工程师根据用户的订单参数,通过不断改变模型中的铁芯结构和磁性材料搭配、改变气隙长度和气隙个数、绕线工艺和绕线材质等,满足用户在温升、噪声、绝缘、安装尺寸、滤波效果等方面的要求。新产品研发周期由原来的3个月缩短到1周,极大地提高了劳动生产率,推动了电感器件的批量生产。

3、解决了制约企业发展的难题:

利用上述方法,成功地解决了诸如:新能源汽车充电桩LLC谐振电感局部过热烧坏、中央空调三相电感能效较低和磁路不平衡、单相空调PFC电感温度梯度较高、风力发电系统及光伏发电系统用电抗器能效低和噪声高等系列问题,促进了企业的快速发展。

4、技术水平跃升到世界先进水平:

从经验产品跃升到世界先进水平,个别产品如水冷电抗器通过国际质量评估,打入北美市场,其各项性能指标如能效特性、温升、噪声、绝缘等参数在世界上处于领先水平,先后获得多家国内外生产电能变换装置或家电产品公司的卓越品质奖、协同创新奖等。

5、专利、论文和人才培养:

取得相关发明、外观设计和实用新型专利54项(选10项);发表论文18篇(选10篇),其中在IEEE Trans.On Power Electronics上发表SCI(1区行业顶级)论文1篇,发表EI收录的国际期刊和国际会议论文3篇;培养了在职博士毕业生1人、在职工程硕士毕业生4人、全日制研究生7人;

6、经济效益:

相关产品的销售收入从2015年的7.2亿上升到2018年的12.5亿元,从2016年度到2018年度新增销售额5.2622亿元,2018年度新增利润3056万元,新增税收400万元。

成果说明

青岛云路新能源科技有限公司传统产品电感器件由于经验化制造,技术含量少,其存在电磁热场参数相互耦合,温度场分布不均、温度梯度过高、噪声较大、绝缘薄弱等困扰企业发展的难题。导致公司销售收入从2013年的7.5亿元一路下滑到2014年的7.4亿元、2015年的7.25亿元、及2016年的7.2亿元。 随着青岛大学与该公司合作项目“电感器件的电磁热场数值模拟设计与产业化”的研发及产业化应用工作的展开,使得各类电感器件的设计理论体系逐渐成熟,新产品研发周期由原来的3个月缩短到1周,电感器各项性能指标如能效特性、温

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