基于冲击射流的轮毂电机散热方法研究

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轮毂电机高功率密度、高过载能力和小型化方向的发展受到温升的制约,过高的温升将严重影响电机的运行效率、可靠性和寿命,因此迫切需要寻求更有效的散热方法和措施来抑制电机温升,以提升电机运行稳定性和延长电机寿命。本文提出将冲击射流冷却应用于轮毂电机的散热方法并对其进行了初步的探索,主要研究内容如下:(1)分析了轮毂电机温度场及传热方式,探讨了计算参数对冲击射流数值模拟计算效果的影响并进行了最优选择,对几种常用的湍流模型分别进行了数值计算,并对照以往文献中的实验数据确定了最合适的冲击射流湍流模型。计算结果显示k-kl-w三方程模型与实验结果契合程度最高。在能对冲击射流进行正确的数值模拟基础之上通过改变流动参数探究了冲击雷诺数、冲击高度、喷嘴形状对换热效率的影响,结果发现冲击雷诺数越大壁面上换热效果越好并且在冲击间距H/D=2的情况下能取得最佳换热效率。(2)将冲击射流应用于电机冷却中并对其进行了温度场计算。分析了电机的损耗产生机理并计算电机损耗,选择大扭矩低速工况确定了热源产热率;其次对电机模型进行了等效与简化,确定了无法直接计算的各部分等效导热与换热系数;然后在冲击射流冷却条件下对电机进行了温度场分析,计算了电机的温升特性,以绕组为例,计算结果显示在自然冷却条件下绕组最高温度可以达到408K,在冲击射流冷却条件下绕组最高温度为355K,温升降低了53K。(3)探究了几种参数对电机冷却效果的影响。结果显示随着冷却气体质量流量的增加,绕组温度呈不断下降趋势,但是质量流量增加到一定限度后绕组温度下降的趋势趋于平缓;当冲击雷诺数一定时,不同孔径喷嘴对电机的冷却效果影响不大。(4)提出了一种用于原理样车的气动离合器与冲击射流冷却的集成系统,对减压阀、模式切换的执行机构进行了建模分析,结果显示在给定压力下,执行机构可以在0.2s左右完成模式切换动作。研究表明:基于冲击射流的冷却方法有望用于轮毂电机的散热系统设计,但还需要与轮毂电机结构设计进一步融合并开展深入的实验验证。
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