电机冷却水道设计

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1、螺旋形电机水冷系统设计与散热计算庞瑞上海联孚新能源科技集团有限公司摘要：本文从传热基本理论出发，针对表面冷却中小型电机体积小，功率大，能量密度高的特点，给出了电机水冷螺旋型结构的详细计算过程，为电机冷却设计提供参考方案。关键词：水冷，散热，螺旋型1.引言现代工业的发展对电机性能要求越来越高。电机热损耗问题制约着大容量电机设计发展。根据冷却介质是否通过电机内部，电机冷却方式分为内部冷却和表面冷却[1]。中小型电机由于体积的限制，常采用表面冷却的方式。按冷却介质的不同，可以把电机分为分为空气冷却和液体（水或油）冷却。空气冷却，运行成本低，摩擦损耗大，散热效率低，常用在能量密度低，发热

2、较低的电机结构中。水冷电机，运行成本高，摩擦损耗小，散热效率高，常用在能量密度高，发热量大的电机结构中。水冷技术应用于电机散热具有很好的冷却效果。电机水冷结构设计的核心任务是电机散热计算，使得电机损耗生热与冷却介质带走的热量达到平衡，从而控制电机温升再允许范围内。此外，冷却介质流速是散热能力重要影响因素之一。冷却介质的流速与压头及流经管道阻力有关。压头由水循环系统的泵产生。流经管道阻力取决于冷却结构的具体形式。螺旋型结构是指水槽在壳体中成螺旋型分布以往的设计过程[2]是首先设计好水槽的机构尺寸，设定入水口温度、水槽温度、水流速度等参数，计算出水口温度，进而校核冷却系统的散热情况。

3、这种方法，把设计的散热方案的散热功率作为计算结果，与实际需求的散热功率对比。设计方案的散热能力高于实际需要的散热能力，则视为方案可行；反之，方案失败。修改预先设计的水槽尺寸并重新计算直到满足散热条件。散热能力在设计之初是未知的，计算之后才能知道其散热能力。本文采用另一种方法，对散热结构进行设计。2.水冷计算2.1结构设计电机的基本结构尺寸如图1所示，水套外径200mm，水套截面尺寸为宽24mm，高4mm，图11.转子2.定子3.外壳4.水套电机的功率为7.5KW。经过电磁计算，电机总的损耗为（1）设所有损耗都转化为热能，在电机稳定运行过程中，热能被水带走。因此实际需要的散热功率为

4、（2）冷却水相关参数见表1，表1水的相关物理参数名称单位符号数值流量Q10进口温℃30出口温℃35避温℃40导热系数0.620663运动粘度动力粘度0.00081动力粘度0.00049普朗特数5.52167（1）当量直径（3）式中：、分别为水槽的宽和高，A为水槽截面积，U为水槽湿润周长。（2）雷诺数平均温度（4）平均温升（5）流速（6）雷诺数（7）由此可以判断，水系统流态为湍流。（3）水流吸收的热量（8）式中，m为单位实际内流过水槽截面的质量。（4）冷却水从水套壁吸收热量（9）为对流换热系数，L为螺旋水槽伸直后的长度。（5）怒谢尔特数[3]（10）上式适用范围如下：①壁面与水流间

5、温差小于20℃~30℃，②③，④；式中：为考虑螺旋管道的修正系数，表达式如下：（11）式中：为螺旋管的曲率半径。（6）水套长度计算由式（8）~（11）联立求解得水槽长度（12）螺旋槽圈数（13）取螺旋槽圈数为5则水槽段长度为，（14）结论本文从散热能力出发，选择进水口温度，出水口温度，水槽截面尺寸，利用传热学对流换热原理，设计了中小型电机表面冷却系统。参考文献[1]陈世坤.电机设计[M].北京:机械工业出版社.2005；[2]吴桂珍等.高能量密度水冷电机冷却系统设计与热力计算.防爆电机.2008.3；[3]杨世铭、陶文铨.传热学[M].高等教育出版社,2006