電機流體熱分析
關注創建者：VincentK 創建時間：2016-01-20
電機流體熱分析的實例教程
端蓋內部空間的換熱對溫升會產生重要影響，因此不可忽略。端蓋內部空間和電機的旋轉以及固定部件都有熱交換，尤其是端部繞組。對于轉子端面而言，空氣與轉子的相對速度以半徑1/2處的對應速度為基準進行計算；對于定子端面而言，由于空氣會被轉子帶動，這里以轉子外緣處的空氣流速為基準，進行適當修正后用于計算。修正系數的取值取決于轉子端面的外形，如有無溝槽等，以及端部繞組的幾何設計。因此如果需要得到精確的修正系數，推薦采用CFD軟件對特定端部外形進行詳細分析。
圖4 端部對流換熱模型
該電機的冷卻回路由殼體內的三條冷卻水道構成，因此殼體的在熱模型上以冷卻水道為界被劃分為內部殼體和外部殼體。內部殼體與定子軛存在熱交換，外部殼體與空氣存在熱交換，同時兩者都與端蓋存在熱交換。結構上，三條水道為串聯關系，因此在建立熱模型時將它們用一個換熱模塊表示，該模塊參數包含了三條水道的總長度。
圖5 電機水道實物圖（左）及其模型（右）
3. 仿真計算
通過建立電機的等效熱路模型，根據使用工況可以計算出所有關鍵部位（18個熱節點）的溫度變化過程。從而幫助設計人員掌握關鍵部位可能出現的溫度極值，進而一方面為確定使用過程中的最大許用邊界提供參考依據，另一方面為電機的設計改進提供參考基準。
圖6 電機各部位的溫度變換過程
圖7 電機各部位的溫度極值
在Simcenter Amesim中的控件面板上，設計人員可以對照熱路原理圖查看任何時刻電機內部的溫度分布情況，如下圖所示。
展開 對于熱仿真：模型中的線束、掛耳、螺絲螺套、銅排、bms管理部件等對熱管理系統影響較小，可舍棄；對于熱管理系統影響較大的零件幾何特征可以適當簡化，如倒角結構、結構對齊等。
簡化完成后，檢查整個模型是否有干涉和其他問題，如有問題，可用ANSYS-SCDM軟件對其進行修復，如無問題，可利用SCDM對模型進行流體域的抽取。
二、 熱管理設計
為了使動力電池保持在合理的溫度范圍內工作，電池包必須擁有科學和高效的熱管理系統。主要如下幾項主要功能：
(1)電池溫度的準確測量和監控；
(2)電池組溫度過高時的有效散熱和通風；
(3)低溫條件下的快速加熱，使電池組能夠正常工作；
(4)保證電池組溫度場的均勻分布。
電池熱管理系統設計的主要目標是：在考慮空間布置、設計成本、輕量化等條件下，通過加熱或冷卻控制，保證電池系統工作在相對適宜的工作溫度，同時減小單體間溫度，保證一致性。熱管理系統設計結構圖如下：
圖5 熱管理系統設計結構圖
三、 仿真分析
鋰電池Pack設計中往往會借助熱流體仿真分析來輔助工程師完成pack熱管理系統設計，在熱管理系統設計階段，可對Pack、模組或電池進行熱場仿真分析，根據仿真結果快速地選擇出冷卻、加熱和保溫方式；在冷卻子系統設計階段，可以對Pack、模組或電池（帶冷卻子系統）進行熱場和流場仿真分析，根據仿真結果確定冷卻通道設計、冷卻介質、冷卻入口溫度和流量以及風扇或泵的參數等。
借助熱流體仿真分析工具，大部分的Pack熱管理設計工作和部分測試工作都可以在電腦上完成。大量的設計、制造、測試工作可以被省略，Pack設計的成本也會大幅度下降。下面基于案例的方式，介紹一下動力電池熱管理仿真分析的基本流程和技巧。
展開 此外,更高的熱電阻測量電動機的電氣連接邊(側1)。熱電阻較高的電氣連接電機(側1)與電機的幾何形狀(例如,運動不是完全對稱的),也由于電氣連接的熱量補充道。
圖5 CFD生成的圖表顯示了冷卻劑速度
圖6 CFD生成的冷卻劑通道溫度。
采用計算流體力學(CFD)和有限元分析(FEA)對系統的熱性能進行了建模。采用CFD方法對冷卻通道內的WEG流動進行了數值模擬。CFD生成的WEG速度和冷卻劑通道溫度如圖5和圖6所示。通過CFD分析得到了不同流量下的平均傳熱系數，并將其作為有限元模型的邊界條件，如圖7所示。模型采用表1所示的電機部件特性和表2所示的接觸熱阻。在EDT電機熱管理研發項目下進行了部件性能(不含鋁)和界面接觸電阻的測試工作。表2中提供的熱接觸電阻是初步估計。目前正在進行進一步驗證這些熱接觸電阻值的工作。
表1導熱系數值用于日產聆風電機定子的熱模型
表2熱阻值用于日產聆風電機定子熱模型
表3平均傳熱系數值
CFD和FEA預測的繞組和定子熱阻值如圖4所示。CFD估算的平均濕表面傳熱系數值如表3所示。
展開 電機是由定轉子、機殼、端蓋等組成的復雜機械裝配體，考慮到機械尺寸較小的零部件對電機溫度影響較小，在進行熱仿真分析時對其進行簡化與忽略，以提高仿真分析的效率。本仿真對電機仿真模型進行了簡化處理：忽略螺釘、墊片等零件；忽略倒角、退刀槽等；忽略輻射的影響；對定子繞組與沖片進行了等效處理，將其等效為均質材料。
通過電機電磁計算，該型號高空飛行器驅動電機在額定功率運行時發熱量為1 600 W，為簡化模型，本仿真直接將定子齒設定為發熱源，并定義發熱量為1 600 W，對電機進行熱仿真分析。
2 三維熱場仿真
針對高空環境下電機周圍實際的氣壓、溫度、風速等環境因素，項目組聯合北京航空航天大學特種電機研究中心進行電機實際運行環境的仿真分析，根據對方給出數據，項目組選擇6組相對有代表性的環境因素對該電機進行熱分析計算，6種環境工況如表1所示。
表1 電機熱仿真六種工況
通過軟件對電機模型進行簡化、分解等系列處理，著重分析電機定子鐵心、前端蓋、以及后端蓋溫度，得出計算結果如下。
1)電機在地面運行時的分析結果
對不帶散熱器的電機與帶散熱器的電機2種情況進行熱仿真分析。對幾組不同散熱筋尺寸的電機進行仿真，結合電機質量與體積的要求，確定散熱筋的尺寸結構。
(a) 不帶散熱器的電機仿真結果
不帶散熱器的電機仿真結果如圖2所示。
圖2 不帶散熱器的電機溫度分布曲線與云圖
(b) 帶散熱器的電機仿真結果
由圖2熱仿真結果可以看出，不帶散熱器的電機散熱效果差，定子溫度達到了200 ℃以上。電機設計時磁鋼、漆包線、絕緣材料等均按最高運行在150 ℃設計，該電機無法滿足散熱要求，因此需要通過熱仿真設計一款合理的散熱器。
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1. 概述
本文旨在說明如何通過電機設計軟件的輸出結果，在Simcenter Amesim中創建電機的集總參數的等效熱路模型。本文中所用到的電機為內嵌式永磁同步電機（IPMSM），電機的幾何設計和性能數據來自Nissan leaf 2012車型在參考文獻中所公開的數據。電機設計工具可以是例如Simcenter SPEED、Motor-CAD等軟件。
2. 熱模型建立
本文介紹的電機熱模型是在整車環境下驗證電熱耦合設計的基礎
本文針對純電動汽車驅動電機運行過程中的電機溫升問題，重點分析了驅動電機殼體熱量傳遞方式，以及電機殼體冷卻通道結構設計，分析了冷卻通道截面尺寸與冷卻通道沿程阻力損失之間的關系。同時，借助ANSYS熱仿真技術，對螺旋式冷卻結構的驅動電機溫升問題進行了熱仿真分析。 通常，純電動汽車電機運行環境溫度較高（通常高于70℃），同時還要求驅動電機必須具備較強的過載能力、動態響應能力，這就會帶來電機溫升問題。而較
大綱
建準電機導入Moldex3D進階熱流道模塊，深入探討熱流道內的溫度變化，了解熱流道內部會影響成型效率的環節，并針對熱流道進行改良優化。
現有標準熱流道呈現溫度不足趨勢，塑料過冷形成流動阻力，影響射出行為而造成不穩定之情況。之后針對溫度較低問題進行流道尺寸改良與變更線圈設計，改善熱流道內的冷料現象，最終提升產品生產穩定性及效益。
挑戰
1、系統壓力損失過大問題
2、提升生產效益
0引言
國外關于增程式驅動系統的研究開始比較早。寶馬、日產和通用關于增程式混動方案研究
較早，尤其是通用汽車已有相關增程式車型在市面上批量銷售。國內車廠如長安、吉利、廣汽等，雖然也都在針對增程式混動方案進行研究，但是到現在市面上還沒有批量的車型在銷售;互聯網汽車公司理想ONE車型將增程式混動方案推向市場，給國內增程式方案的發展帶來新希望，
作者：駱 苗，王洪武丨中國電子科技集團
摘 要：根據高功率密度電機裝置結構類型，結合高空環境特點，采用FloEFD
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Cradle scSTREAM熱流分析軟件已經為電子和建筑行業服務了三十多年。該軟件不斷推陳出新，無以倫比的友好界面和高校的求解能力是該軟件的兩大特色。前處理采用結構化網格，支持曲面捕捉（CUT-CELL）；求解器采用有限體積法；后處理可創建并編輯截面、等值面、流線等對象。擁有電子散熱及建筑領域專屬的模型，電子散熱領域如Delphi模型，Gerber數據導入，PCB板快速仿真，熱瓶頸捕捉
作者：駱 苗，王洪武丨中國電子科技集團
摘 要：根據高功率密度電機裝置結構類型
