电机的冷却方式-水冷

laoxiang21

1)强迫液体冷却

强迫液体冷却适用于大功率场合，在这种情况下强迫风冷电机无法实现所需的输出。强迫液体冷却方法通常需要在电机外部增设泵等驱动循环组件，以实现冷却液的循环，达到良好的冷却效果。但额外添加的组件增加了系统重量，且结构复杂，降低了系统的可靠性。电机热管理中最常见的冷却液是水，水的比热容较高，相比于油、乙二醇液体，可以达到不错的冷却效果。

a)机壳水套冷却

通过缠绕在定子铁心外围的水套冷却是最常见的强迫液体冷却方法。当液体沿着水套中的流道流动时，低速场合下发热量最大的绕组产生的热量首先通过定子铁心传导至水套，然后通过冷却液带走热量。文献[1]分析了水套形状、结构参数对冷却效果的影响，如图1所示，分析了相同入口速度和结构参数下的水道流速分布。可以看出，环向水套的速度分布是均匀的，轴向水套的速度在弯头处明显增大，在水道为直线的部分速度缓慢，甚至出现回流的现象。不同水套结构对对流换热系数的影响如图2所示，可以看出环向水套的对流换热系数分布比轴向水套的分布均匀。对于轴向水套，在弯头附近的流速变化较大时，其对流换热系数也较大。通过解析结果与CFD结果相吻合可以得出，在水套体积流量和配置参数相同的情况下，轴向水套的冷却效果更好。


   

图1 环向和轴向水道的速度流线



图2 环向和轴向水道的对流换热系数

文献[2]在针对深V型铁氧体永磁同步电机的优化设计中，对比研究了三种不同结构的水套，如图3所示。其中第一个水套结构是一个中空的外壳，冷却水进出管口沿圆周循环。第二个结构中冷却水通过直线和U型弯处流动。第三个结构中，冷却水通过两侧的入口流入，经过螺旋通道，从中间的出口流出，这种螺旋水套的布置方式可以更有效地带走绕组端部的热量，提供均匀的温度分布。

从图4中可以看出，在螺旋冷却水套的作用下，电机各个部件的温度均较低，与轴向水套与周向水套相比，由于进水口的布局，提供了更均匀的温度分布。因此该螺旋水套结构的冷却效果较好。

机壳水套冷却方法的效率在很大程度上取决于几何间隙和复合定子铁心与水套之间的热阻。在电机高速运行的场合下，永磁体的发热量同样巨大。由于气隙的存在，水套冷却方法不能实现良好的冷却效果。


   

图3 冷却水套结构，(a)环向，(b)轴向，(c)螺旋通道。



图4 电机峰值工作温度分布