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。     

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。     

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。     

考虑温度场和流场的永磁同步电机折返型 冷却水道设计

针对永磁同步电机应用广泛的折返型水道结构,对一台额定功率68 kW的永磁同步电机建立流-固耦合的温度场、流场数值仿真模型来准确计算电机的温升与压降,并通过电机温升、压降实验对模型的正确性进行验证。然后利用该模型分析了水道中流体的流动特性,建立入水口水道宽度、水道圆角半径与水道压降的关系,得到当入水口水道宽度为45 mm,水道圆角半径为20 mm时水道压降最小,电机温升得到改善。通过对水道结构参数设计前后的样机进行温升及水道压降台架实验,测得经过设计后的电机绕组温升降低8.4℃,水道压降减小13.1%。     

水冷电机水路设计的研究

随着高功率密度电机的发展,散热问题越来越受到关注.水冷作为一种实用的散热方式得到了广泛研究,目前使用较多的水路为轴向“Z”字型和周向螺旋型.本文按照水路设计的步骤,经过详细的推导计算,对两种水路性能做了全面的对比.在分析这两种水路优缺点的基础上,综合考虑了水路的散热效果和对外部散热器及泵体的影响,给出基于电机长径比的水冷电机水路选择方法.将该方法应用于实际工程电机水路设计,具有很好的指导意义.     

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。     

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。     

高功率密度轴向磁通永磁电机新型水冷结构设计与温度场分析

高效的冷却结构,不仅可以保证电机安全运行,还能优化电机设计。为提高高功率密度轴向磁通永磁电机的散热能力,该文在特殊的定子架中分别设计两种新颖的水冷结构。第一种是轴向内外循环水冷结构,第二种是槽内内外循环水冷结构。通过合理的等效与假设,建立两种水冷结构的三维模型,并且基于流固耦合进行仿真分析。通过对比两种水冷结构的流速、压降、冷却效果和散热面积,选择槽内内外循环水冷结构作为电机的冷却系统。并计算了不同流速时电机温升和水冷结构压降,确定入口的最佳流速。最后对一台额定功率为50kW的轴向磁通永磁电机进行温升实验。实验结果证明槽内内外循环水冷结构可以有效地提高电机的散热能力,验证了理论分析的正确性。     

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。     

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。     

基于正交设计试验的永磁同步牵引电机散热的数值模拟研究

基于Taguchi正交设计试验,以定子绕组最高温度为试验指标,采用数值模拟方法分析了机座的散热筋参数对电机散热性能的影响。通过极差分析,发现影响定子绕组最高温度的各因素主次顺序依次为,散热筋高度、散热筋间距、散热筋宽度。综合考虑材料成本和电机减重要求,得到最佳的水平组合方式为散热筋高度30 mm、散热筋宽度4 mm、散热筋间距20 mm。     

电机壳体Z字型冷却水道设计

随着电动汽车的发展,高功率密度电机越来越成为车用电机的发展趋势,随之而来的电机散热问题也越来越受到人们的关注。轴向Z字型水路因其具有加工制造简便,成本低廉,便于实现产品的平台化、批量化生产而受到大量研究和使用。以电动汽车用52 k W永磁同步电机水道壳体为研究对象,按照水路设计的步骤,综合考虑水道的散热效果和水道的压力损失,给出了轴向Z字型水路的设计方法,具有很好的指导意义。     

小型一体化电机散热的数值仿真和优化

对一种小型一体化电机进行了散热风道和风扇的仿真及优化。通过在风扇上方增加隔板的方式,改进了不合理的散热风道。通过增加下盘、增加叶片数量和叶片长度、增大叶片前倾角,对风扇叶形进行了优化。优化后,一体化电机的CPU温度降低了31.9℃,电机壳体温度降低了41.6℃。     

水冷电机设计特点分析

水冷电机应用广泛,其设计也有自己的特点。针对水冷电机中机壳水冷结构的两种水路分布方式,即折返型和螺旋型,介绍了水路结构的优缺点和水路设计涉及参数的计算方法。考虑水冷机壳承压问题,给出了机壳内外筒壁强度计算公式。研究内容可为水冷电机的设计提供参考。     

悬吊式换流阀水路均流设计研究

换流阀阀塔内每层流量均布对功率器件的散热和散热效率至关重要。首先，根据塔水路结构布局，通过三维仿真软件Fluent对阀塔内部主水管进行流量-压差曲线仿真计算，并对曲线进行拟合得相应的流量压差函数，根据阀塔水路整体系统要求及主水管流量压差函数求解阀层流量压差函数，按此流量-压差函数指导阀层单元结构设计。其次，通过一维流体系统仿真软件对阀塔每层水路进行均流特性验证分析。最后，通过搭建阀塔水路测试平台，对比分析仿真结果和测试结果，验证仿真分析方法的可行性与正确性。研究结果可以为后续换流阀水路均流设计提供一种设计参考。     

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。     

串联水路换流阀组件散热分析

为提高超/特高压直流输电换流站运维能力和技术服务水平,国内直流输电主设备厂家开展超/特高压换流站设备关键组件可替代性研究。换流阀的阀组件散热回路替代性研究需对原有阀组件散热结构进行分析,分析了ABB技术的串联水路阀组件散热特性,建立串联水路阀组件散热计算数学模型、热路仿真模型和有限元Fluent仿真模型,对串联水路阀组件热流量和晶闸管结温进行计算和仿真研究,最后以一实际工程作为算例,计算了串联水路阀组件结温和热流量。     

基于正交试验法的永磁同步电机散热系统数值模拟研究

新能源汽车的需求使得永磁同步电机(PMSM)向高功率密度方向发展,温升成为其中的一个关键问题,因此对散热系统的研究显得尤为重要。以一台额定功率30 k W的强制液冷PMSM为例,通过正交试验法,结合仿真软件的数值模拟,对电机散热系统性能及其影响因素进行研究。根据相关文献和工程经验,确定电机壳体材料、冷却管道结构、冷却介质和管道数目是影响电机散热效果的主要因素。通过对仿真试验结果的极差分析。确定电机散热性能影响因素的主次顺序,得出冷却介质对最高温度影响最大,冷却结构是对管道压降影响最显著的因素。最后从由结果分析给出了较好的方案组合。     

低速大转矩电机冷却系统数值计算

在低速大转矩电机系列设计中,考虑到机座的通用性和外形尺寸的规范性,采用了轴向水路的水冷机座结构。通过对电机冷却系统的流体场计算,得到了电机的散热情况,耦合温度场计算,得到了电机冷却水和机座的温升,并通过对机座的模态分析得到了电机的固有振动频率。     

1.5MW双馈水冷风力发电机水冷系统的设计

介绍1.5MW水冷风力发电机的冷却系统结构及其计算过程,计算时综合考虑了水阻、水量、环境条件等因素对电机水路的影响。通过合理的计算、优化及电机冷却系统,使结构更加合理,该计算有效地应用于生产实际中,解决了实际生产制造过程中风力发电机的散热问题,降低电机温升。