大型永磁同步电机内外双循环强化散热性能模拟

摘要

针对高铁大型永磁同步牵引电机转子区域散热困难、内部温升分布不均匀的问题，在机壳水冷电机结构基础上的定子铁芯外表面处增设轴向矩形风道，并结合气隙、转子减重孔形成内外双循环散热结构，探究降低定子、绕组部位温升和提升电机内部散热均匀性的影响规律.首先通过Ansoft Maxwell平台仿真得到双循环散热结构在额定工况下各部件损耗值，同时为了更好模拟转子旋转带动气隙中的空气流动，对气隙进行分层处理，采用流-固耦合的有限元分析法模拟研究单、双循环散热结构下电机内部空气流动特性以及温升规律.结果表明，内循环风冷结构使电机内部空气流速显著提高，表面平均换热系数也显著提升，转子区域的热量会随着空气的流动更多地传给温度相对较低的定子区域及机壳，同时减少热量向转子部位传递，从而使转子和永磁体的温升降低.在此基础上，采用正交分析法对矩形通风孔的截面积、数量、高宽比进行结构参数优化，并采用温升分布均匀性系数对电机进行温升评价，得到最优方案下电机最高温升相比单循环散热结构降低12.1K，电机整体温升分布均匀性提升16.54%.

关键词

永磁同步电机 / 流固耦合 / 强化散热 / 流体场 / 温度场 / 风道