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。     

基于流固耦合方法的真空泵用屏蔽电机冷却系统分析

针对罗茨真空泵驱动电机在特殊环境下运行温升过高而导致电机烧毁的问题,通过流固耦合法综合选择合适的冷却系统,以保证电机的有效散热。以5 kW电机为研究对象,通过有限元法建立周向螺旋水路和轴向折返水路的电机仿真模型。基于流固耦合传热理论,分析电机内冷却介质的流动状态和电机温度分布,利用计算流体动力学(CFD)和温度场从流速、进出水口压差、电机鼠笼和绕组的温度分布等方面综合比较并选择更合适的冷却水路结构和尺寸配置。最后,对相应样机进行温升试验。试验数据与仿真数据吻合较好,从而验证了冷却系统设计的合理性以及仿真分析的准确性,为产品批量生产提供了科学依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

真空干泵驱动电机冷却效果分析

针对真空泵用驱动电机在极端真空环境工作时发热严重的问题,对真空泵用电机的冷却系统进行设计和分析。以1台2.9 kW屏蔽式异步电机作为研究对象,通过有限元软件建立机壳带有螺旋水路的电机三维模型,对其进行损耗计算。根据螺旋水道的流速和压强分布验证了水道尺寸设计的合理性,并对电机各部分温度分布情况进行仿真分析。根据电机在二倍额定负载和冷却水故障条件下的温度变化情况来分析电机能安全运行的时间。最后对样机进行了温升试验,将得到的测试结果和仿真结果进行对比分析,验证了机壳带有螺旋水道的冷却系统对真空干泵驱动电机具有一定的冷却效果,为极端真空环境下真空泵用驱动电机的进一步研究提供科学依据。     

车用永磁同步机设计与磁热耦合分析

基于车用驱动电机的功率密度和调速性能的需求,研究分析30kW内置式永磁同步机(IPMSM)。从电磁设计方面,应用有限元方法(FEM)对气隙磁密优化,减少齿槽转矩来降低振动噪声进行分析,并比较有限元电磁计算与磁路计算的差异,通过实验测试的空载反电势来验证2种计算方式。从温度场设计方面,对IPMSM磁热耦合有限元分析,给出电机温度场分布图和温升曲线保证定子绝缘限制125K,额外热量需要冷却方式有效散出,为下一步冷却结构和流体的设计提供依据。     

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。     

兆瓦级高压感应电机转子发热问题研究

为研究兆瓦级高压电机在额定工况运行时发热与冷却问题,结合电磁场理论,建立该电机不同气息长度下二维瞬态模型,并分析电机工况下的电磁性能和电磁损耗规律。通过流体场与温度场耦合的方法,建立三维流固传热模型,并对与电机双侧轴流风扇周围的空气域建立旋转空气域模型,在计算流体力学理论的基础上,对电机温度场初始边界条件进行合理假设,通过对流固耦合仿真的得到在双侧轴流风扇下电机内部各个器件的温升规律,为验证文中仿真结果的准确性与有效性,对兆瓦级高压异步电机转子铁心侧温度进行实测,仿真结果与温度实测结果一致,为改善兆瓦级电机冷却性能,提高其散热能力提供了理论基础。     

高速永磁发电机冷却流道结构双维度连续量子蚁群优化的温度场计算

以1台117kW高速永磁发电机为例,通过温度场计算分析和连续量子蚁群优化,对其冷却系统进行了优化设计研究。基于电磁分析确定的电机额定负载运行时的损耗分布,建立了电机内三维温度场分析模型,通过流体场与温度场耦合传热分析,得到了定子冷却流道内流体散热系数和温度的变化规律,并确定了电机全域三维温度分布。提出了轴向不等截面冷却通道结构,使电机内温度分布趋于均匀,并研究了流道高度和通道截面变化位置对电机内温度分布的综合作用影响。采用连续量子蚁群优化算法,建立了双目标函数双维度变量的流道优化设计数学模型,通过算法优化设计得到了定子绕组最高温度和轴向温差均为最小的流道结构方案。     

车用水冷高功率密度永磁同步电机的流体场分析

根据车用水冷型高功率密度永磁同步电机的结构特点建立了三维流体场物理模型。采用三维有限元法对机内空气的流动特性和冷却水道散热性能进行了详细分析,得到了机内空气端部空气和气隙空气的分布规律以及冷却水道的散热系数,并对20 kW车用永磁同步电机进行了稳态温度场计算和实验,测试结果验证了分析方法和结果的有效性,为车用高功率密度永磁同步电机的开发提供了参考依据。     

混合电动汽车用磁通切换型永磁电机冷却结构分析

本文的研究对象为三相10kW的磁通切换永磁电机(FSPM),该电机主要用作电动汽车的起动发电机。本文基于有限元法(FEM)计算磁通切换永磁电机的损耗值,并进行实验验证;其次本文利用Ansys Fluent仿真磁通切换永磁电机稳态温度场分布和暂态温度场分布,进行实验验证;最后本文基于磁通切换永磁电机的温度场数值模型和计算流体力学(CFD)仿真对电机现有的水冷结构进行优化分析,提升水冷结构的冷却性能。     

不同冷却结构的微型电动车用感应电机三维稳态温度场分析

以实际样机为实例,建立了微型电动车用风冷和水冷感应电机稳态温度场的热网络模型及有限元模型。以此模型为基础,计算了风冷、水冷电机额定负载运行下的热网络节点温度及稳态三维温度场分布。比较了热网络法与有限元法的计算精度及优缺点;探讨了风冷、水冷周向螺旋槽及轴向直槽冷却结构对电机温升的影响;分析了流体介质、转子鼠笼材料及机壳材料等与电机温度分布的关系和规律。用相应样机进行实验研究,实验结果与计算结果吻合,验证了仿真分析的正确性。     

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。     

笼障转子无刷双馈电机水冷系统设计

为了降低笼障转子无刷双馈电机的温升,进一步提高其功率密度,提出采用水冷方式替代风扇冷却对该种新型电机进行冷却系统设计。建立水冷系统解析计算模型,分别设计了轴向和螺旋两种水路结构,计算两种水路结构机壳表面温度,并对两种水路结构进行对比分析。选取无刷双馈电机周向1/6区域作为研究对象,建立三维稳态温度场物理模型,通过采用有限元方法计算了电机各部分的温升分布,并对结果进行详细分析。最后将有限元计算结果与解析结果进行对比,验证了螺旋水路冷却方案设计的有效性,为后续水冷样机的研制和进一步实验研究提供理论依据。     

异步电动机定子全域三维温度场物理模型简化研究

提出建立全封闭风扇冷却电机定子全域三维温度场模型的新思路。理论分析和实际测量相结合来确定散热系数,合理处理了槽内绕组与槽绝缘之间复杂的散热过程,建立端部绕组的有限元计算模型,从而建立全封闭风扇冷却电机定子全域三维温度模型。应用该模型计算了电机额定负载时定子的稳态温度场,以及最高温度点温度随时间变化的规律。实验结果验证了该电机温度场计算模型的合理性和计算结果的准确性。为准确进行电动机热保护提供了依据。     

基于CFD的高速电机冷却结构设计与温度场分析

电机发热严重会加速绝缘材料老化，影响永磁体性能，冷却结构的合理设计可以提高电机散热能力，保证电机安全稳定运行。以一台40 kW、40 000 r/min高速永磁电机为例，设计了机壳螺旋型、轴向直槽型、径向Z字型、翅片式螺旋型4种水道。基于计算流体力学(CFD)理论从流动稳定性、压差、散热效果等多方面对4种水冷结构进行对比分析，揭示出最优冷却水道结构。设计了一种集成水冷和空冷混合冷却方式，通过对电机进行合理的简化和假设建立3D仿真模型，采用有限体积元法对电机进行热仿真分析，证实该冷却方式的有效性，为高速电机冷却结构设计提供一定参考。     

内燃有轨车辆永磁发电机温度场研究

发电机是内燃有轨车辆的重要组成部分,受安装空间和体积的限制,对发电机的散热冷却要求非常高。永磁发电机由于其功率密度高和效率高等优点而逐渐被应用在轨道行业。本文对一台560kVA内燃有轨车辆永磁发电机进行了电磁场、流体场及三维全域温度场分析。在电磁分析的基础上计算了电机各部件的损耗及生热率,对强迫风冷的电机机壳表面流体场进行了仿真分析,得到了额定转速下机壳表面各处的风速。在电机各元件的导热系数、散热系数和边界条件确定的基础上建立了热传导方程。运用三维有限元温度场分析软件对电机进行三维全域稳态温度场仿真分析,得到了发电机内部的温度场分布特点。上述计算仿真结果和实验数据基本吻合,为内燃有轨车辆永磁发电机的冷却设计提供了相关的工程理论依据。     

基于流固耦合的永磁直驱风力发电机传热分析

海上的风力发电已经逐渐变成一种大趋势.大功率的电机对装置的散热要求很高,因此对电机进行温度场分析可以很好地指导电机冷却系统的设计.强迫水冷电机与自然风冷电机相比具有散热效果好、噪声产生少,以及使用寿命更高等优点.本文以一台外转子永磁直驱风力发电机组为研究对象,基于流固耦合和共轭传热的分析方法,利用 Αnsys软件对正常工作下的电机进行温度场分析,从而得到电机内部主要部件的温度分布.最终,通过对一台10MW外转子电机进行流固耦合分析,对比计算不同冷却水流速下的电机温升分布,得出冷却流体流速与电机温升的关系曲线,为电机冷却设计提供参考.