王晓远 杜静娟

(天津大学电气与自动化工程学院 天津 300072)



应用CFD流固耦合热分析车用高功率密度电机的水冷系统

王晓远 杜静娟

(天津大学电气与自动化工程学院 天津 300072)

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。

计算流体动力学(CFD) 水冷系统 热场 高功率密度 电流密度

0 引言

高功率密度电机由于体积小、重量轻、效率高等特点受到广泛关注，特别适合应用于航空航天、潜艇、电动汽车等特殊场合。高功率密度电机作为车用驱动电机，已成为电机领域的研究热点[1]。为了实现车用电机的高功率密度，合理的电磁设计和轻量化有一定的辅助作用，但良好的散热和电机高速化[2]是设计的重点。高速高频必然损耗增大，导致电机温度较高，直接影响到电机运行的可靠性。……