基于数值分析牵引电机冷却水道流动传热分析

牵引电机冷却水道内冷却液的流动与传热是冷却系统工作的核心环节。水道内壁面直接与冷却液接触发生热交换,使电机散发的热量以对流换热的形式通过壁面传递给冷却液并进入冷却环路。根据四种不同结构的牵引电机冷却水道结构特点,针对牵引电机冷却系统的流动与传热特性建立基于有限体积法冷却系统数值仿真模型,并建立冷却水道冷却效果评价模型,通过对不同结构冷却水道流动与传热的数值模拟,分析比较冷却水道的冷却效果。搭建牵引电机温升及效率特性试验平台,通过试验得到电机在各种工况和冷却条件下效率及温升的重要试验数据,为冷却系统的设计提供重要参考依据。同时,通过试验结果和仿真结果的对比研究,验证数值仿真的可靠性。可以看到,采用数值方法设计和研究牵引电机冷却系统充分体现了数值模拟的低成本、速度快和结果全面的优势,是今后设计和开发工作的重要方向和主要手段。     

挤塑机直驱永磁电机温度场的计算

针对挤塑机直驱永磁电机存在的温升过高的问题,对挤塑机直驱永磁电机的计算模型、散热系数、冷却水系数、损耗计算、温度场计算等方面进行了研究。采用场路耦合协同仿真的计算方法,对变频器供电情况下电机的绕组铜耗、考虑谐波影响的铁耗,以及杂散损耗进行了研究计算,建立了三维永磁电机模型,设计了电机的水冷却系统,利用Ansys软件进行了电机的三维稳态温升计算,获得了电机整机及关键部件的温度场分布;最后进行样机的温升实验。研究结果表明,采用场路耦合方法计算电机损耗准确,采用三维稳态温度场仿真数据与样机实验数据吻合良好,求解方法正确,可为直驱电机的设计提供一定的参考。     

新能源车用驱动电机水道优化设计

对新能源车用驱动电机的水道进行了优化设计,基于star-ccm+对不同层数的轴向水道进行了仿真,通过流阻和流速对比分析,选择最优水道层数为16层。基于star-ccm+对电机温升进行了仿真计算,论证了所选择的16层水道冷却效果较为明显。最后通过试验对流体仿真结果进行了验证,流阻仿真结果与试验测试结果较为接近,说明所建立的水道设计方法比较准确和高效。     

牵引电机冷却系统流固耦合传热分析

牵引电机功率大、损耗大、散热空间小,保证其良好的冷却散热性能是车辆安全运行的重要保障。建立牵引电机冷却系统流固耦合传热仿真模型,结合牵引电机冷却水道评价指标,分析冷却系统流体场与固体场相互耦合的传热过程,分析冷却系统流场对电机内部温度场的影响,研究冷却液、电机损耗、入口温度、水道宽度等对温度场的影响。结果可知:冷却液流量的增大可以有效降低电机温升,电机绕组损耗对电机温升的影响远大于电机定子损耗对电机温升的影响;水道宽度在18mm时冷却结果最优。搭建牵引电机温升试验平台,分析电机损耗、电机内温度、冷却系统的温度等,获得冷却系统对牵引电机温升的影响规律,并与模拟值进行对比,从而验证了仿真模拟的准确性,分析结果可以作为设计参考的依据。     

ADGM电主轴环形冷却水道设计与仿真

根据ADGM电主轴结构特点和热源分布,为了提高冷却系统的冷却效果,设计了环形冷却水道。利用有限元分析软件ANSYS CFX对环形冷却系统进行仿真分析,发现当冷却水流速为0.7 kg/s时,冷却效果达到最佳。实验验证:对出水口温度、定子温度和轴承座温度等实验数据进行测量,将实验数据与流速为0.7kg/s时的仿真数据进行比较,发现CFX仿真结果与实际实验结果基本一致,这证明了仿真分析的正确性和环形冷却水道设计的合理性。     

起重机直驱永磁同步电机流固耦合传热计算

针对永磁同步电机在起重机直驱方面上的应用,从电机三维模型出发,对定转子铁心、槽、机壳、绝缘、端盖等机械结构做了合理模型简化,对比分析周向和轴向两种水路结构对电机温升的影响,选取合适的冷却水路形式,并基于CFD软件fluent,对电机进行流固耦合传热分析,得到绕组、磁钢等温度分布规律,与试验结果对比验证其仿真结果正确性。此项研究为电机设计人员的热负荷选取及电机结构设计提供了理论依据。     

冷却水道宽度对陶瓷电主轴温升的影响研究

为了优化电主轴冷却系统,寻找环形冷却水道的最佳宽度,对170SD30-SY陶瓷电主轴实物进行了研究,以耦合传热数值计算理论为基础,利用软件ANSYS CFX对电主轴水冷系统中的流体流动和温度分布进行三维仿真计算,分析了具有环形冷却水道的电主轴冷却系统中,不同的冷却水道宽度对电主轴温度的影响。对比了水套与冷却水的温度与冷却水道宽度的关系。研究表明:冷却水入口速度一定时,随着冷却水道宽度的增加,冷却水流动走向由双向变为单向,电主轴温度先降低后升高;当水道内径为136mm时,冷却水道设计的最佳宽度为4mm。     

车用电机冷却系统热仿真及其优化

随着电动汽车驱动电机功率密度不断增加、电机安装位置的狭小,常造成电机工作时内部温升过高。水冷电机的温升不仅取决于电机内部复杂的传热网络,也与冷却介质的流动特性密切相关,而冷却水路结构对于冷却介质的流动特性起关键性作用。针对高功率密度电动车用驱动电机存在严重的温升问题,研究了一种C型环槽水路结构。依据计算流体动力学(CFD)原理,采用有限体积法,对电机水冷系统及电机三维温度场进行了计算分析,得到了水路内流体的流动特性和电机温度场分布。研究表明:在该种水路结构下,各水路支路间流场分布均匀,水路与机壳的耦合传热性能匹配良好。     

电动汽车减速驱动轮毂电动机散热设计及分析

为了解决电动汽车减速驱动型轮毂电动机散热条件差、温升高等问题,文中设计一种端面水冷冷却结构,用于轮毂电动机系统。首先利用有限元方法与电磁学理论计算电动机内部损耗,确定其自然散热条件下的温度场分布;并基于流热固耦合方法,以电动机绕组最高温度和冷却水道压降为评价指标,针对该冷却结构采用正交试验法分析不同冷却液进口流速、水道齿数、截面宽度、弯道圆角对轮毂电动机冷却散热效果的影响,并进行参数优化。结果表明：该冷却结构降温效果受进口流速影响最大,受弯道圆角影响最小,冷却效果可达24.1%;通过分析正交试验数据,对参数组合进行优化,可进一步降低4.6%温升,为减速驱动轮毂电动机冷却散热研究提供新的方案。     

中型高压电机轴径向混合通风结构的强化散热特性模拟

为了提升电机的通风冷却性能、降低其运行温升,以一台400 kW中型高压电机为例,采用轴径向混合通风结构,通过磁-流-固耦合模拟研究整体电机稳态条件下温升影响规律,提出温升均匀性系数对两种通风结构的冷却效果进行量化评价。研究结果表明：相对于轴向通风结构,混合通风结构温升分布更加均匀,在电机内层和外层绕组温升均匀性系数分别提高了85.78%和6.23%;进一步探讨了径向风道高度及数量对电机温升的影响,径向风道高度为6 mm、径向风道数量为13个时冷却效果最好。     

不同极槽配合对永磁同步电机温度场的影响

针对散线绕组电机在温升计算时建模存在的问题,采用分层简化的模型来对绕组建模,将简化模型应用到发热、散热计算上后,温升结果和温度分布趋势较为接近,验证了简化模型在工程中应用的可行性。为研究定子槽数对电机温升的影响,以某型号可用于中小型直驱风力发电机的永磁同步电机（PMSM）为对象,采用分层简化模型对电机定子进行了建模,通过有限元仿真计算了电机定子温度场,得到了绕组平均温度随槽数的变化趋势。对32极36槽电机进行了试验测试来验证算法的准确性。应用同样的仿真方法计算得到了某水冷电机温升随槽数的变化趋势。研究结果表明：随着定子槽数的增加,电机温升逐渐降低,且降低幅度越来越小。当槽极数比大于4．5时,定子槽数对电机温升的影响不再明显。     

MPI环境下注塑模随形冷却水道的设计与分析

注塑模冷却水道的设计不但关系到塑件质量而且也关系到注塑成型生产效率。本文通过实例,对随形冷却水道进行计算及设计。运用MoldflowMPI软件对塑件进行模拟,对传统冷却与随形冷却进行了对比,通过对制冷时间、平均温度等模拟结果进行分析,最终得出随形冷却水道使塑件冷却更加均匀,冷却时间缩短,生产效率提高。     

基于场路耦合法的变频感应电机铁耗计算

相对于正弦激励,变频器输出电压中包含大量的谐波分量使得感应电机铁耗的计算变得更加复杂。为了准确地计算电机铁耗和研究铁耗在变频感应电机内的分布特点,建立了二维时步有限元的铁耗计算模型,基于场路耦合法,以一台1.5 kW的变频感应电机为实例,计算了空载运行时电机的铁耗,并分别对正弦激励和变频器供电下感应电机内部铁耗的具体分布特点进行了对比分析,在此基础上,研究了变频器不同的控制策略对变频感应电机铁耗的影响。对样机进行空载实验测量电机铁耗,研究结果表明,实验结果与仿真分析吻合良好,以往在正弦激励下被忽略的转子铁耗在变频感应电机中不可忽视且以谐波为主集分布在转子齿顶部分。为进一步优化电机铁芯结构来降低铁耗和电机的温升研究提供了一定的技术支持。     

基于三维场的斜槽电机齿槽转矩优化分析

齿槽转矩是有槽电机固有的特性,对电机起动、可靠性以及控制精度等都具有较大影响。以某型产品为实验载体,根据斜槽对电机齿槽转矩的抑制原理求得该产品的最佳斜槽角度;应用Ansfot Maxwell 3D分析直槽与斜槽对齿槽转矩的不同影响,得到两种定子结构电机齿槽转矩的仿真曲线,对比分析两种曲线表明特定斜度的斜槽对电机齿槽转矩具有显著的抑制作用;根据平衡法搭建了试验台,对比分析仿真数值与实验结果,验证了有限元仿真方法的正确性。     

高速电主轴冷却水参数对其温度场的影响研究

以COMSOL Multiphysics有限元分析软件为工具,建立170SD30-SY型电主轴水冷系统有限元模型,并对不同水流量下水冷系统温度场进行仿真;搭建水冷系统温升实验平台,分别对不同转速下的电主轴水冷却系统参数与电主轴温度的关系进行实验。研究结果表明:不同转速下,随着冷却水流量的增加,电主轴温度有不同程度的降低;冷却水流量为0.28 m~3/h~0.30 m~3/h时,冷却效果均为最佳选择;同时,通过改变冷却水初始温度来控制电主轴温升具有更直接效果。     

单框架磁悬浮控制力矩陀螺的损耗计算及热-结构耦合分析

为了明确由损耗导致航天器应用中的磁悬浮控制力矩陀螺温升问题,需要对损耗和温度分布进行分析计算。本文针对额定转速12 000 r/m,最大角动量200 N·m·s的单框架磁悬浮控制力矩陀螺,通过建立理论模型进行分析计算,得到了框架力矩电机、径向磁轴承、轴向磁轴承和转子高速电机的铁损以及铜损;对陀螺三维有限元模型进行了热场仿真分析,得到在各类损耗影响下的温度分布,并进行了热-结构耦合仿真分析。分析得到最大温度位于高速电机定子,最大温度是48.3℃;最后,进行了样机温升实验验证,检测温度最大值位于高速电机定子,最大值为51.8℃,与计算值误差为6.8%。通过温升检测实验验证了损耗计算和有限元热场分析。实验结论为整体结构优化提供了理论参考。     

KX-1主轴电机冷却流道结构设计与仿真分析

针对主轴电机冷却系统中流道结构对温升影响的问题,介绍了KX-1主轴电机数字样机基本结构,对其进行了热源分析和传热计算.针对冷却系统设计了单螺旋流道、双螺旋流道、轴向直流道、阵列微流道4种冷却流道,并对4种冷却流道的模型进行了ANSYSCFD仿真分析.结果表明,轴向直流道在流经的整个区域未出现明显的相对高温区,比较其他3种流道具有更好的均匀降温特性.从制造工艺角度考虑,轴向直流道实现量产是可行的.以上仿真分析可为下一步对KX-1主轴电机数字样机的改进和物理样机试制提供参考.     

热冲压模具冷却水道随形分布算法及实现

在热冲压生产中，模具的冷却和冲压件质量密切相关，冷却效果越好，冲压件的随形冷却水道冷却效率越高、模面温度均匀性越好。冷却水道的设计需要考虑水道的分布间距及其随形程度，有较高的设计难度。因此，基于NXOPEN二次开发技术，在NX8.5平台上开发了一套热冲压模具随形冷却水道设计系统。采用线性近似约束优化算法优化水道起点和终点位置，保证了水道分布的均匀性；采用离散点集凸包算法及角度扫描拟合方法，计算出适合深钻加工的随形水道走向，并自动完成水道的绘制，大大地缩短了人工水道设计的时间，提高了效率。     

基于整车工况的电动汽车轮毂电机散热分析

针对电动汽车运行的各种工况,在整车条件下采用计算流体力学（CFD）数值计算的方法对外转子轮毂电机的温升性能进行了仿真计算,并分析了汽车来流速度、电机轴的热导率对轮毂电机散热性能的影响。研究结果表明：来流风冷散热条件下,电动车在高负荷工况下电机的温升过大,可通过加装散热翅片或者采用水冷散热等方式来达到对电机的散热冷却效果;重复制动工况中,制动盘的高温热辐射没有使电机的温升恶化;汽车前方来流速度对电机的温升影响较大,电机轴的热导率对电机的温升影响相对较小。     

基于CFD的直槽钻冷却通道流场仿真分析

建立了直槽钻冷却通道流场的CFD仿真模型,对不同油孔结构直槽钻加工的冷却效果进行了数值模拟和试验验证。结果表明:在一定条件下,内冷孔孔径越大,油孔圆心连线与前刀面夹角越小的结构冷却效果越好,反之,冷却效果越差。