高速油冷永磁电机散热设计及分析

高速高功率密度油冷永磁电机，随着电机单位体积输出功率及损耗的增加与电机壳体表面积的减小，电机单位体积的发热量大，导致整机温升高，所以精准确定电机的各种损耗分布及数值，选取适合的冷却方式，并合理布局电机散热结构，对高速高功率永磁电机的设计尤为重要。本文从电机最大工作点的损耗计算入手，分析电机发热特点，优选电机的散热方式并按散热方式设计电机的冷却结构，对电机进行热仿真分析。以一台5 kW、13000 r/min航空油泵电机设计为例，对样机进行了散热结构设计及热场分析。试验数据表明，电机的各种损耗分布、数值计算及热场分析准确。     

CFD分析车用电机螺旋水路的散热特性

车用驱动电机的合理冷却方式至关重要,直接影响电动汽车的运行稳定性。针对冷却方式中螺旋型水路进行详细的计算流体动力学(CFD)分析。在进水面积相同的条件下,针对方形截面的长宽比值不同进行分析,从流体流动迹线、散热系数、水泵功率、温度分布等多方面综合比较,总结散热特性规律为螺旋型冷却流体研究提供依据。通过有限元法(FEM)对螺旋水路的永磁电机进行温度场耦合分析,仿真给出电机整体温度场分布。最后,应用红外热成像仪测试样机机壳的温度分布,验证FEM温度场分布的一致性,并通过监测绕组端部PT100温度,验证FEM仿真温度场精度,保证整车运行可靠性,为车用电机冷却散热的研究提供一些参考依据。     

高速异步主轴电机的热分析与冷却结构设计

高速主轴电机是电主轴的关键核心部件,电机发热直接影响电主轴的加工精度和运行可靠性。以一台10万转主轴异步电机为例,对高速异步主轴电动机进行深入的热分析,设计高效的散热冷却结构,确保主轴电机的可靠平稳运行。确定主轴电机的主要热源,研究转子转速、转子表面粗糙度对主轴电机风摩损耗的影响规律;考虑旋转磁场和谐波对铁耗计算的影响,采用齿轭分区的有限元法提高仿真精度,分析电机铁耗的分布规律。基于流体力学对电机进行3D热仿真,对比主流的周向螺旋型和轴向Z字型两种冷却结构的冷却效果,确定高效的冷却结构设计方案,并进一步采用转子铁心开空气槽的设计方案,增加转子铁心与转轴之间的热阻,提高电机的散热能力,确保电机的转轴温升在安全范围内,最后校核转子结构的机械强度,保证主轴电机运行的可靠性。     

矿用集中绕组永磁电机新型冷却方式设计研究

为了进一步提升矿用集中绕组永磁电机的功率密度和散热能力,提出一种冷却水管与绕组并绕的新型绕组冷却结构。以一台315 kW集中绕组永磁电机为例,首先,通过合理的等效与假设,建立了电机的三维模型,基于计算流体力学（CFD）方法对电机进行温度场分析。其次,分析了不同的并绕方式以及相同并绕方式下不同的进水口进水速度对电机散热的影响,确定了最优散热方式。仿真分析表明冷却水管与绕组并绕的方式有效提高了散热能力。     

车用电机温度场分析与冷却结构选择

车用驱动电机的温升表现对维持电机稳定运行具有重要意义,因此合理选择电机冷却方式至关重要。针对车用高功率密度永磁同步电机,通过计算流体力学（CFD）仿真的方法,对电机进行三维全域温度场分析,比较螺旋型、周向型和轴向型三种不同水道结构对电机冷却效果、温度分布、管流压降及水泵功率的影响,为选择电机冷却结构提供一定参考。     

高速永磁同步电机流固耦合仿真与性能分析

为了探讨冷却系统设计对高速永磁同步电机散热效果的影响,提出了一种轴向强迫通风的冷却结构.以一台200 kW船用高速永磁同步电机为研究对象,基于流体动力学以及流固耦合传热理论,根据电机冷却结构特点,合理简化模型并给出基本假设与边界条件,建立了三维整机求解域模型.采用有限体积法对具有空冷和水冷集成冷却系统的高速永磁电机进行数值分析运算,分析了冷却水速对永磁电机温升的影响,揭示了最优水速方案下电机流变特性与温升分布规律.基于此,提出一种强迫空气通过气隙沿轴向流动的通风结构,通过对比不同通风结构下电机内流体场与温度场的仿真结果,证实轴向通风结构能够优化电机流温分布特性,提升电机冷却性能,对船用高速永磁同步电机冷却系统设计提供借鉴意义.     

永磁同步电机的冷却结构优化设计及温度场仿真

根据电动汽车用高功率密度永磁同步电机螺旋水路的结构特点,分析了进出水管布置方式对压力损失的影响,结果表明进出水管切向于水路方式比进出水管法向于水路的压降降低了10.7%。对改变水槽和隔板尺寸的水冷机座进行散热能力与压力损失的仿真计算,通过压降、表面散热系数与散热面积的综合分析,机座水路结构以水槽宽度30 mm、隔板宽度5 mm的方案最佳。基于选定的螺旋水路结构,对电机的流场和温度场进行耦合仿真计算,通过仿真结果与试验数据的对比,验证了电机冷却结构设计的合理性与仿真结果的准确性。     

高功率密度永磁同步电动机散热设计及热场分析

高功率密度永磁同步电动机由于单位体积上所折合的输出功率大而具有广阔的应用前景.但单位体积上输出功率大的同时,发热量大,导致整机温升严重,合理的散热设计对高功率密度电动机至关重要.先计算电动机额定负载运行时的各种损耗值,分析电机温升特点,再合理地设计电机的冷却结构,最后对电机进行热场仿真分析.以一台21kW、11000 r/min航空油泵电机设计为例,对电机进行了散热结构设计及热场分析.试验数据表明,电机发热计算及热场分析准确,冷却结构设计合理.     

高速电机风摩损耗计算及温升分析

损耗的计算对于电机设计及性能提升具有重要意义，而风摩损耗对高速电机的设计计算尤为重要，高速电机不同于中低速电机，其风摩损耗不能仅通过经验公式计算。为此，本文以一台新型高速双凸极开关磁阻电机为实验样机，根据高速开关磁阻电机的结构特点及通风特性，以流体力学计算为基础建立了风摩损耗流体场物理模型，利用Fluent软件对模型进行有限元仿真计算得到风摩损耗数值，接着分析了摩擦系数及转速对风摩损耗的影响。通过ANSYS对电机建立三维有限元模型，将电机主要部件的损耗值换算为热密度添加到电机模型中，并对其进行热流耦合分析，考虑到电机具有水冷及轴向通风两种冷却方式，仿真对比分析了冷却流体流速对电机冷却效果的影响，结果表明：轴向通风的冷却效果比水道冷却好得多，转子最高温度可降低100℃左右。     

基于多物理场的超高速永磁电机冷却系统设计及分析

为了解决超高速永磁电机转子散热困难的问题，提出一种有效提高转子散热能力的散热结构。首先，采用计算流体动力学(CFD)仿真方法计算一台15 kW、15 000 r/min水冷高速永磁电机的温升，将计算值与试验测得的数值进行对比，证明了CFD仿真方法的有效性。其次，通过孤立翼型法针对一台10 kW、100 000 r/min表贴式超高速永磁电机设计了同轴轴流风扇，采用流体场与温度场耦合的方法仿真分析了风扇叶片数量和叶片安装角对电机温升的影响，从而得到风扇叶片的最优参数，抑制转子温升的同时降低风扇的风摩损耗。最后，通过仿真分析对比自扇冷却与强迫风冷的冷却效果，结果显示风量相当的情况下自扇冷却的永磁体温升相对于强迫风冷降低了13.8 K左右。经过应力场分析，风扇符合安全运行要求。     

轴向磁通永磁电机混合冷却结构设计与分析

针对轴向磁通永磁电机损耗大和散热困难的问题,提出了风冷结构和混合冷却结构,其中混合冷却结构由端盖风冷结构和定子水冷结构组成。建立了电机的三维模型,采用流固耦合法对电机进行仿真分析,通过对比两种冷却结构的冷却效果,选择了混合冷却结构作为电机的冷却系统。通过仿真分析了流速对电机温升的影响,并根据仿真结果确定了混合冷却结构最佳的入口风速以及水速,证明了混合冷却结构的有效性,为轴向磁通永磁电机的冷却系统设计提供了一定的参考。     

高速水冷永磁电机冷却系统分析

为了研究水冷系统对高速永磁电机冷却效果的影响,基于计算流体动力学(CFD)以及数值传热学理论,利用有限体积法对常用的轴向"Z"字型和周向螺旋型水冷系统进行详细分析,得到了水冷系统的流速、流阻及温度分布。在采用螺旋型水冷结构的基础上,对电机的流体场和温度场进行计算,分析了水道数、水道宽度、冷却水速及冷却水温对电机温升的影响。为高速电机水冷系统的设计与热分析提供参考。     

高转矩密度电机温度场分析及冷却系统优化

针对电动客车用高转矩密度电机具有体积小、转矩大并且冷却结构水温高的特点,建立电机温度场仿真模型,设定了模型的仿真边界,对电机持续运行工况的稳态温度场和短时运行工况的瞬态温度场进行仿真分析,仿真结果显示该电机的温升满足设计要求,可以可靠运行。同时,对该电机冷却系统进行了研究和优化,结果表明,圆周螺旋水路结构的散热效果最好,可结合电机实际情况从工艺的角度来优化选择。     

一种轴向风冷结构对高速永磁电机转子温升的抑制研究

在变频器驱动方式下,高速永磁电机具有较大的转子涡流损耗,由于其转子的散热能力较差,易使永磁体温升较高,而发生不可逆失磁现象。采用机壳水冷结构可以有效地带走电机定子侧的热量,但是对于高速永磁电机的转子部位,水冷结构的冷却效果有限。以一台15 kW、30 000 r/min的高速永磁电机为例,设计了一种风、水混合冷却结构,基于流固耦合的计算方法分析了水速、风向以及不同风道截面积对电机永磁体部位温升的影响,并得出了相对的最优值。与仅采用水冷结构相比,增加该风冷结构可使永磁体温升降低了18.1 K,该结构可对大功率高速永磁电机的冷却系统设计提供一定的参考。     

应用CFD流固耦合热分析车用高功率密度电机的水冷系统

针对高功率密度电机功率大、体积小的特点,通过综合选择水冷系统平衡电机的热量,保证高功率密度电机的散热。利用计算流体动力学(CFD)和热场比较轴向型、周向型、螺旋型3种水冷方式,从流速、冷却效果、水泵功率、温度分布及工艺等多方面综合比较并选择最优水路结构——螺旋型水路,并应用此水路作为高功率密度电机的机壳内部水冷方式。传统电机的电流密度为5.0 A/mm2,通过采用螺旋型水冷系统、优化电机磁路结构和对材料的特殊设计,同样的温升可使电流密度增至10.0 A/mm2。这样在电机体积和重量基本不变的情况下可使电机的功率提高1倍,达到设计高功率密度电机的目标。最后,通过红外热成像仪的温度测试验证螺旋型水路应用CFD流固耦合温度场分布的一致性。     

新型浸润式蒸发冷却电机定子三维温度场的研究

浸润式蒸发冷却优越于其它冷却方式，为电机定子的运行提供了安全、可靠、高效的绝缘及传热的整体大环境，其对应的温度分布状况值得深入研究。文中以一台高功率密度、高速整流异步发电机的定子为研究对象，根据制造企业的工艺允许条件，提出一种适合于浸润式蒸发冷却电机定子的新型绝缘结构，对该结构中的气、液、固三相电绝缘体系的温度场分布等问题进行了系统的理论仿真计算与模型试验，基于仿真和试验两方面的结果，对这一结构给予了可行性分析，确定了其运行时的额定负荷，为以后同类型电机的设计提供理论依据。     

地铁水冷电机温度场优化研究

在设计初期对电机进行合理有效的热设计至关重要。基于一款地铁用水冷全封闭永磁同步牵引电机项目,对电机冷却结构进行设计和优化,并采用数值计算方法对电机水道三维流场结构和电机内部温度分布进行分析。结果表明水道设计合理,温升满足电机散热需求。现展现了电机热设计基本流程,为后续同类型电机设计提供参考。     

盘式无铁心永磁发电机温度场分析和冷却方式研究

以针对取力发电系统设计的盘式无铁心永磁发电机为研究对象,基于仿真平台建立仿真模型,通过电磁场组件仿算了电机的温升来源,在稳态温度场组件中得到了电机自然散热条件下的温度场分布状况,并针对机壳散热系数的变化进行了对比分析。引入机壳水冷结构,优化冷却方式,结合流体场组件仿真分析了水冷条件下对电机温升的改善,为进一步研究打下基础。     

一种适合于蒸发冷却电机新型绝缘结构的研究与电场仿真

浸润式蒸发冷却优越于其它冷却方式,为电机定子的运行提供了安全、可靠、高效绝缘及传热的大环境.本文以一台高功率密度、高速整流异步发电机的定子为研究对象,根据制造厂的工艺允许条件,提出一种适合于浸润式蒸发冷却电机定子的新型绝缘结构,运用有限元方法及仿真软件,对该结构中的电场分布进行了系统的分析与计算,为同类型电机的设计提供了理论依据.     

油冷电机定子冷却结构散热仿真研究

针对电机散热问题，新能源汽车所用油冷电机在定子内部建立冷却结构，引入油来直接冷却定子及绕组。而优化定子冷却结构可以提升电机散热性能来达到提高电机功率密度和效率的目的。定子内部和喷油环通入冷却油后，流动状态复杂多变，故采用计算流体动力学仿真方法，建立油冷电机三维CFD模型，对电机内部流场和温度场进行有限元计算和分析，得到内部流体流动特性和电机温度分布特性。并主要分析定子冷却结构的入油口结构和喷油环关键冷却参数对流场及温度场分布的影响，并加以优化。最终优化的方案相比于优化前的方案，可使电机温度降低5～10°C。试验结果进一步验证了冷却结构散热仿真的准确性，为油冷电机技术的应用和推广提供了有力支撑。