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。