电机水冷系统设计与散热计算
浅议水冷直线电机基于实践的散热改善
图 ２
课题 名称 ： 控机 床 用大 推力 直线 电机 及驱 动装 置 数
课题 编号 ：０１ Ｚ ４ ０ ０ １ ２ ０ Ｘ０ ０１ － ４
中国新技术新产品
一５ 一
摘 要： 电机 温升是 电机 的 关键性 能 参数 ， 响 温升 的 关键 因素 主要 是 发 热和散 热 ， 冷 电机 的散 热 尤为 重要 ， 文 基 于 实践数 据 ， 影 水 本 从 电机 的散 热 方面进 行 分析 ， 寻找 影 响散 热的原 因 ， 并提 出改进 方案 以改善 水 冷直 线 电机 的散 热 效果 。 关键 词 ： 永磁 直 线 电机 ； 温升 ； 水冷 ； 热性 ； 导 异型 管
高新 技 术
ＣａＷｅｏｉＵＰｕ 圈回团冒 阉■ ｈ ｈｏ—ｄＩｔ 嵋 Ｕ■■■●■ ｉＮ Ｔｎｇａｒ ．●■ 誓 ■ ｎＣ ｃｌｓ一ｏ Ｚ ｅｎ Ｎ ｓ Ｕ Ｚ２ ｄ Ｉ Ｕ ｃ
浅议 水冷直线 电机基于实践 的散热改善
史 桂 英 赫 玉 丽 于 洪杰
（ 尔滨泰 富 实业 有 限公 司 ， 哈 黑龙 江 哈 尔滨 １ ００ ） ５ ０ ０
存 在 问题 。 根 据 热 传 递 路 表２ 线 分 析 温 升 高 原 负 载 绕 组热 敏 电阻 绕 组热 敏电 阻 热敏 电阻末 态 铁芯 末 态 外 壳 末态 因 ， 图 ３所 示 ， 如 现 （ ｇ 卡始 值 （ Ｑ ） 末态 值 （ 对 应 温度 （ ） 温 度 （ ） 温度 （ ） ｋ） Ｊ Ｊ Ｋ ＫＱ） ℃ ℃ ℃ 忽 略发 热 状 况 来 分 ３０ ５ ０ ４５ ９ ７ １ １４ １ ３ １０ ２ ２ ５ ２ ８ 析 其原 因 ： 原 因 １电机 绕 ． 组 一 级 铁 芯 ： 组 初 绕 与 铁 芯 之 间有 槽 绝 缘 ，如 果 槽 绝 缘 薄 达 不 到绝 缘要 求 ， 但 槽 绝 缘 越 厚 就 会 冷 越 硬 ，会 导 致 槽 绝 缘 与 铁 芯 之 间有 微 小 空 隙 ，空 气 是 无 限 大 热 阻 会 直 接 减 少 电机 绕 组 传 递 给 铁 芯 的 热 量 。所 以 散 热 蔗 环 氧 树 脂 的 流 动 性 图３ 和导 热 性很 重 要 。 同 时初级 铁 芯 的叠压 紧致 度 也会 影 响热 量传 盈 配合 ，铁芯 轭部 的圆底 斜 口槽 改为 圆底 直 递。 口槽 ； ４ ）冷却 管 与 初 级 铁 芯 之 间涂 高 导 热 材 原 因 ２ 级铁 芯一 却管 ： 级铁 芯 与冷 ． 初 冷 初 却管 均 为金属 材 料 ， 身 导热 性非 常好 ， 二 料 ： 本 但 者之 间不 可能 完 全接 触 ，非接 触 处就 会有 空 ５冷却 管采 用 内外 表 面非 光 滑的 冷却 岐 ） 即异 型管 。 气 ， 热 量传 递影 响非 常 大 ， 以要采 取措 施 管 ， 对 所 结论 保证 初级 铁芯 与冷 却管 完全 接触 。 原因 ３ ． 管一 却循 环 水 ： 冷却 冷 冷却 循环 水 改进后 同样 采用 运 行法 测额 定 负 载时 的 是主 要 的冷却 手段 ， 水 流量 相 同的情 况 下 ， 电机 温升 ， 在 温升值 为 ８． 。与 改进 前 电机 的 １Ｋ ６ ５． ９ ７Ｋ 说 ３ 冷却水 与 冷却 管 的接触 面 积是 影 响冷 却效 果 温升 值 １８ Ｋ降低 了 ７． ， 明以 上 针对 的直接 原 因 ，所 以要改 善 冷却 效果 就 要增 加 散 热 问题 的分析 和改 进措 施都 是有 效 的。 参 考 文 献 循 环 水与 冷却 管 的接触 面积 。 原因 ４ ． 铁芯 一 壳 ， 初级 外 电机 绕组 一 外壳 ： ［ 史 志 东， 于散 热的 直流 电机 【 ． １－ ７ １ 】 易 Ｐ ２ ０ ０— 】０ 电机 整体用 环 氧树 脂进 行 灌封 ，所 以初 级 铁 ２１中 国 专 利 ：０ ９２ ２ ． ４ ． ． ２ ０ ．０ １ ９ ２ ３ 董 一种铜 铝 复合 散 热结 构 电机 ． １ Ｊ 武 Ｐ 芯、 电机绕组 与 外壳 之 间将 有 环氧 树脂 填充 ， ［］ 明海 ， ２ 又体现 了环 氧树 脂 的流 动性 和 导热 性 的重要 汉登 奇机 电技 术有 限公 司．武汉 登奇 机 电技 性。 术 有 限 公 司 ，００—０— ７ 中 国 专 利 ： ２ １ １ ２． ２ ０９ ２ ２ ７１ ７． ０ ． ０ ４． １ ４措 施 针对 以上试 验数 据 和原 因分 析采 取 了如 ［】 ３苏楠 ， 变频 电机 自带散 热 风机 的供 电 结构 ． 下措 施 ： 『１ ０ ０ １ — ０ 中国专并 ：０ ９２ ３ ．１ ９ ． Ｐ． １ — ０ ２ ． ２ １ ２ ０ ．０ １ ５ ｓ ９ １铁 芯 冲片 之 间取 消胶 粘 ， ） 改用 铆 接 方
永磁同步电机冷却方式
永磁同步电机冷却方式
随着近年来电动汽车和新能源汽车的持续发展，永磁同步电机也越来越被广泛应用。
而永磁同步电机的散热问题是电机稳定运行的关键之一。
一般永磁同步电机的散热方式分为水冷和风冷两种，下面我们就来详细了解一下两种冷却方式的特点和适用范围。
1. 水冷：水冷式永磁同步电机通过将电机内部产生的热量传导到水冷系统中散发热量，从而实现电机的散热。
水冷采用冷水循环进行冷却，其散热效率高，能够有效降低电机的温度，提高电机的输出功率和效率。
但是水冷式永磁同步电机的安装和使用成本较高，并且需要定期更换水冷剂。
2. 风冷：风冷式永磁同步电机通过内置的散热器来散热。
电机内部的散热器通过空气对流的方式将电机的热量散发出去。
相比水冷方式，风冷方式具有更加灵活的安装方式和维护成本较低的优势。
但是在高负载状态下，风冷式永磁同步电机的散热效率会降低，容易出现过热现象。
在选择永磁同步电机的冷却方式时，我们需要结合实际应用场景进行优化设计。
一般来说，水冷适用于高功率、高负载、连续作业条件下的电机；而风冷则适用于功率较小、换向频繁的电机。
在永磁同步电机的选择和使用中，合理的冷却系统能够有效降低电机温度，延长电机寿命，提高电机的稳定性和可靠性。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体要求和实际条件进行综合考虑，选择适合的永磁同步电机冷却方式。
水冷电机内部结构
水冷电机内部结构一、引言水冷电机是一种利用水冷技术进行散热的电机，其内部结构设计合理、高效。
本文将介绍水冷电机的内部结构，包括散热系统、电机部件等。
二、散热系统1. 水冷电机的散热系统由水冷器、水泵、水管等组成。
水冷器负责将电机产生的热量传递给水，水泵则将热水循环送回水冷器进行散热。
2. 水冷器通常采用铜管和铝片制成，具有良好的导热性能。
水泵则选用高效、低噪音的电动水泵，保证水的循环顺畅。
三、电机部件1. 水冷电机的转子是电机的核心部件，由铁芯和导体组成。
铁芯采用硅钢片制成，具有较低的磁导率和电阻，减小能量损耗。
导体则采用高导电率的铜材料，以提高电机的效率。
2. 定子是另一个重要的电机部件，由铁芯、绕组和绝缘层组成。
铁芯的结构与转子类似，绕组则采用绝缘导线绕制，以确保电流正常流动而不发生短路。
3. 除了转子和定子，水冷电机还包括其他部件，如轴承、端盖等。
轴承用于支撑转子和定子，确保其正常旋转；端盖则起到固定和密封的作用。
四、工作原理1. 水冷电机的工作原理与传统电机相似，通过电流在绕组中产生磁场，进而与转子磁场相互作用，产生转矩。
不同之处在于水冷电机通过水冷系统将电机产生的热量快速散发出去，以保持电机的正常工作温度。
2. 当电机工作时，电流经过绕组，产生磁场。
磁场与转子的磁场相互作用，产生转矩，使转子旋转。
同时，电机产生的热量通过水冷系统传递给水，并通过水泵循环散热，确保电机的温度不会过高，避免损坏电机。
五、优势和应用领域1. 水冷电机相对于空冷电机具有散热效果好、工作温度稳定的优势，特别适用于高功率、高负载的应用场景。
2. 水冷电机广泛应用于工业领域，如机械制造、航空航天、能源等行业。
在这些领域中，电机通常承受较高的负载和温度，水冷技术可以有效延长电机的使用寿命。
六、总结水冷电机的内部结构包括散热系统和电机部件。
散热系统由水冷器、水泵和水管组成，通过循环水来散热。
电机部件包括转子、定子、轴承等，各部件相互配合，实现电机的正常工作。
基于SolidWorks的电机控制器水冷散热器热分析
耗。
IGBT导通损耗的计算公式如下。
（1）设计要求，电机控制器所要求的峰值输考虑到电流要增加一点裕度，故设定I CP=500CE(sat)=1.5 V。
由于占空比不断在变化，取经验值=600 W。
（2）开关损耗。
开关损耗是指由IGBT在控制极收到控制信号时，对电路进行开关操作所产生的能量损耗。
由于每一次开关操作都会产生损耗，所以随着IGBT开关的频率提高，开关损耗会越来越大。
得到开关损耗最精确的方法是测量在开关过程中图1 IGBT导通电流与压降关系曲线=500 A，从上图可得：E (on)=42 mJ，E (off =15 kHz，P sw_I=1 755 W。
1.2 续流二极管导通损耗和开关损耗（1）导通损耗。
二极管的导通损耗与IGBT类似，计算公式如下。
F(sat)×I cp ×D F (4)为续流二极管压降，D F 为二极管占空比因子，极管导通损耗。
FF900R12IE4型号的续流二极管压降与电流关系如图3所示。
图2 IGBT开通和关断损耗与电流关系曲线图4 续流二极管反向恢复损耗与电流关系图3 续流二极管压降与电流关系曲线由图可得E rec =58 mJ。
故P sw_F=870 W。
1.3 IGBT控制单元总损耗IGBT控制单元的总损耗为IGBT芯片和续流二极管的导通损耗与开关损耗之和，故总损耗P t 可由下公式（6）求得。
+P sw_I+P sat_F +P sw_F (6）估算出的总损耗P t =3 365 W。
2 散热器的设计1 散热器材料的选择散热器材料的选择要从多方面来考虑，不仅要有良好的机械强度和加工工艺性，还应具有抗腐蚀性与优良的热传导性，更要考虑表2 平直肋片尺寸参考值散热功率与基板厚度之间的计算公式如下[4]。
t =7×log P 总-6 （7）其中t 为基板的厚度，单位为mm；P 总为IGBT控制单元的热损耗，单位为kW。
计算可得基板的厚度为18.6 mm，这里计算的基板厚度还包括了IGBT控制单元中PCB板与其焊层，以及铝基板的图5 平直肋片式意图图6 肋片的尺寸符号参数值T/mm 2～44～66～88～10≥10t/mm 1.0 1.5 2.0 2.0 2.5h/mm≥6≥8≥8≥10≥10图7 散热器模型图8 散热器流动示意图3 散热器热仿真分析本文选用SolidWorks中的Flow Simulation模块流体分析工具进图9 模型设置3.3 网格的划分在Flow Simulation中，网格的划分有2种形式，分别为自动的网格划分和手工的网格划分。
电动汽车驱动电机水冷系统的设计及其温度场分析
轻工机械
Ｌｉ ｇｈ ｔＩ ｎｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｍａ ｃ ｈｉ ｎｅ ｒ ｙ
Ｖｏ １ ． ３１ Ｎｏ ． ５ Ｏｃ ｔ ． ２ ０１ ３
［ 研究 ・ 设计 ］
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ ・ ２ ８ ９ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ０ ６
和传热学基本理论 ， 采 用有 限体积元数值 计算的方法对水冷结构进行 了 ３ Ｄ流场和 温度场分 析 ， 描 述 了水冷 电机 内部流
体的流动特性和流体 的温升特性。在此基础上 ， 建 立 了 电机 的 ３ Ｄ稳 态温 度 场 模 型 ， 进 行 了温 度 场 求 解 ， 对 永磁 水冷 电机
内部 的 传 热 特 性 进 行 了 分析 ； 研 究 了 水 冷 结 构 的 变化 对 电机 温 度 场 的 影 响 。 最后 建 立 了水 冷 系统 实验 平 台 ， 验 证 了分 析
的正确性。
关
键
词： 永磁 水冷 电机 ； 水冷结构 ； 数值计 算 ； 流场 ； 温度场
文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ５ － ２ ８ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ 类号 ： Ｕ ４ ６ ９ ． ７ ２
Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｃｏ ｏ ｌ ｉ ｎｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎｄ Ｔｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｖｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ Ｄｒ ｉ ｖ ｉ ｎｇ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ
ＨＥ Ｗｅ ｉ ｃ ｈ ａ ｏ， ＷＵ Ｊ ｉ ａ ｎ ｈ ｕ ａ
发电机试验中的冷却系统性能与热稳定性分析
发电机试验中的冷却系统性能与热稳定性分析随着电力需求的不断增长，发电机的性能和热稳定性变得越来越重要。
在发电机的运行过程中，冷却系统起着至关重要的作用，它能够有效地冷却发电机内部的各个部件，确保其正常运行。
本文将对发电机试验中的冷却系统性能与热稳定性进行详细分析。
一、冷却系统的作用与原理冷却系统是发电机中的重要组成部分，其主要作用是把发电机内部吸收的热量有效地散发出去，防止发电机内部过热而损坏。
冷却系统通常包括水冷和风冷两种方式，其中水冷是应用更广泛的一种方式。
水冷系统通过循环水流的方式，将热量带走，并通过散热器将热量散发到周围环境中。
风冷系统则是通过风扇的吹风作用，将热量带走。
二、冷却系统的性能指标在进行发电机试验时，冷却系统的性能对于发电机的正常运行非常重要。
以下是冷却系统的几个重要性能指标。
1. 散热效率散热效率是衡量冷却系统性能的重要指标之一。
散热效率越高，说明冷却系统的散热能力越强，能够更有效地将热量带走。
散热效率的计算公式为：散热效率=（散热量/输入热量）×100%其中，散热量是指冷却系统通过散热器散发出去的热量，输入热量是指发电机内部吸收的热量。
2. 流体流量流体流量是冷却系统性能的另一个重要指标。
流体流量越大，说明系统能够更快速地将热量带走，提高散热效率。
流体流量的计算公式为：流体流量=流体速度×截面积其中，流体速度是指流体在流通管道中的速度，截面积是指流体通道的横截面积。
3. 温升温升是指冷却系统工作过程中产生的温度差。
温升越大，说明冷却系统在发电机试验中承受的热量越大，需要更高的散热能力。
温升的计算公式为：温升=出口温度-入口温度其中，出口温度是指冷却系统散热器的出口温度，入口温度是指冷却系统散热器的入口温度。
三、冷却系统的热稳定性分析热稳定性是指冷却系统在长时间工作过程中能否保持稳定的散热能力。
在发电机试验中，由于长时间高负荷运行，冷却系统必须具备良好的热稳定性。
水冷机组工程量计算公式
水冷机组工程量计算公式在水冷机组工程中，工程量的计算是非常重要的一环，它直接影响到工程的预算和进度安排。
而水冷机组的工程量计算又是一个比较复杂的过程，需要考虑到很多因素。
在本文中，我们将介绍水冷机组工程量计算的公式和相关内容。
一、水冷机组工程量计算公式。
1. 冷却水系统的工程量计算公式。
冷却水系统的工程量计算公式一般可以按照以下步骤进行：1）计算冷却水系统的总长度，包括管道、支架等。
2）计算冷却水系统的总体积，包括水箱、管道、冷却设备等。
3）计算冷却水系统的总重量，包括水箱、管道、支架等。
冷却水系统的工程量计算公式可以表示为：总长度 = Σ(管道长度 + 支架长度)。
总体积 = Σ(水箱体积 + 管道体积 + 冷却设备体积)。
总重量 = Σ(水箱重量 + 管道重量 + 支架重量)。
2. 冷却设备的工程量计算公式。
冷却设备的工程量计算公式一般可以按照以下步骤进行：1）计算冷却设备的总功率，包括主机、辅助设备等。
2）计算冷却设备的总面积，包括散热片、散热风扇等。
3）计算冷却设备的总重量，包括主机、辅助设备等。
冷却设备的工程量计算公式可以表示为：总功率 = Σ(主机功率 + 辅助设备功率)。
总面积 = Σ(散热片面积 + 散热风扇面积)。
总重量 = Σ(主机重量 + 辅助设备重量)。
3. 水泵系统的工程量计算公式。
水泵系统的工程量计算公式一般可以按照以下步骤进行：1）计算水泵系统的总流量，包括主泵、辅助泵等。
2）计算水泵系统的总扬程，包括主泵、辅助泵等。
3）计算水泵系统的总功率，包括主泵、辅助泵等。
水泵系统的工程量计算公式可以表示为：总流量 = Σ(主泵流量 + 辅助泵流量)。
总扬程 = Σ(主泵扬程 + 辅助泵扬程)。
总功率 = Σ(主泵功率 + 辅助泵功率)。
二、水冷机组工程量计算的注意事项。
在进行水冷机组工程量计算时，需要注意以下几点：1. 数据准确性。
在进行工程量计算时，需要确保所使用的数据准确无误。
电动车电机冷却水道计算
螺旋形电机水冷系统设计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。
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。
水冷电机散热原理
水冷电机散热原理
水冷电机散热原理的详细解析如下：
水冷电机散热原理是一种利用水的吸热、传热和排热能力来降低电机温度的方法。
在水冷电机中，水被用作冷却介质，通过水的流动，将电机产生的热量带走，以保持电机的工作温度在可接受的范围内。
具体而言，水冷电机散热原理可以分为以下几个步骤：
1. 热量传导：水冷电机的内部有产生热量的部件，例如电机转子、定子和电线等。
这些部件会将产生的热量传导到水冷电机的壳体上。
2. 管道连接：水冷电机中设置有进水管和出水管，用于将冷却水引入和排出。
这些管道会与电机壳体相连接，确保冷却水可以流动到电机的热区。
3. 冷却水流动：冷却水从进水管进入电机壳体，并通过管道分布到电机的热区，例如电机的热源部件。
在经过热源部件时，冷却水会吸收部分热量。
4. 热量吸收：冷却水在经过热源部件时，由于温度差，会吸收部分热量。
这部分热量通过水分子的振动和碰撞，将部分热能转化为水分子的动能。
5. 热量带走：随着冷却水流动，吸收的热量将从热源部件带走，
并带到出水管。
在此过程中，冷却水的温度会升高，形成热量梯度。
6. 热量排出：冷却水从出水管排出电机壳体，将带走的热量散发到周围环境中。
同时，冷却水的温度也会逐渐降低。
通过这样的循环过程，水冷电机能够降低电机温度，避免过热，提高电机的工作效率和寿命。
此外，水冷电机还具有散热均匀、热量承载能力强等优点，广泛应用于许多需要散热的场景。
电机水冷系统设计与散热计算
螺旋形电机水冷系统设计与散热计算孙利云四川建筑职业技术学院四川德阳 618000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。
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。
水冷BSG电机控制系统设计与验证
水冷 ＢＳＧ 系统的设计方案如图 １（ ａ） 所示。 水
部分，将电机和对应的控制器有机集成，实现冷却系
统共用。 其中，ＢＳＧ 电机固定在汽车发动机上面，
２０２１ 年第 ４９ 卷第 ５ 期
ＣＨＥＮ Ｌｅｉ １， ２ ，ＣＨＥＮ Ｄｅｎｇ⁃ｆｅｎｇ １， ２ ，ＤＯＮＧ Ｄａ⁃ｗｅｉ １， ２ ，ＳＨＩ Ｗｅｉ⁃ｗｅｉ ３ ，ＱＩＮ Ｊｉ⁃ｗｅｉ １， ２
（１．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｒｉｖｅ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０６， Ｃｈｉｎａ；
化，并且在怠速和起动等情况下提高燃油经济性，实
计为 Ｃ 形的散热水道，ＢＳＧ 电机的散热水道入口与
动和停止的时候，汽车能够自动关闭发动机，降低燃
循环冷却水路，如图 ３（ ｂ） 水道模型所示。 工作过程
现节油的目的。 ＢＳＧ 系统主要有以下优点：１） 在起
油消耗和有害物质排放；２） ＢＳＧ 系统的起停⁃停止⁃
３．Ｂｒｏａｄ－Ｏｃｅａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｎｏｖｉ ４８３７７）
摘 要：针对传统汽车燃油经济性的要求，开发了一款水冷 ＢＳＧ 电机控制系统，介绍了该控制系统的结构设计
方案和电气原理，并对硬件的设计方案进行了详细阐述。 为了满足 ＢＳＧ 电机控制系统的散热要求，提出了串联式冷
却系统设计方案，并针对该冷却系统的散热效果进行了热仿真研究。 对 ＢＳＧ 电机控制系统进行了测试，从结果分析
制器，然后，控制器再根据传感器检测的位置和电流
参数产生电机工作所需要的交流电，实现电机的正
常工作
［９⁃１０］
。
（ ａ） 控制器水冷板结构
（ ｂ） ４８Ｖ 系统冷却水道模型
图 ３ ＢＳＧ 冷却系统设计
小型水冷电机冷却系统设计与计算研究
水 冷 ， 水 口和 出 水 口设 计在 电机 后 端 ， 进 流 经 整 个 电机 机 身 后 经 另一 个 出 水 口出 水 。 （） １ 当量 长 度 法 。 当量 长 度法 计 算 局部 １ ２水 冷 电机 的优 点 ． 阻力时， 其总阻力 ＾ ， ：， 如下式 ： （） １ 紧凑 结 构 设 计 ： 冷 型 设 计 使 得 电 水 机 散 热 得 到 大 幅 的 改 善 ， 雌 小 型 水 冷 电 英 ∑ ＝ Ｖ ２ （ ３ ） 机 能 够 工 作 在 全 功 率 状 态 下 。 相 同 的功 在 率 输 出情 况 下 ， 冷 型 电机 较 之 凤 冷 型 电 水 式中： 为水路全部折 弯部分与 出 机 能 够 具 有 更 小 的体 积 设 计 。 入 水 Ｉ的 当 量 长 度 之 和 。 ： Ｕ （） ２ 高动 态响 应 ： 紧凑 的设 计使 得 电机有 （） 力 系 数 法 。 力 系数 法 计 算 局 部 ２阻 阻 十 分小 的惯量 以及在 全速速 度范 围 内的恒定 ３ 水冷系统管路相关计算与校核 阻 力 时 ， 总 阻 力计 算 如 下 式 ： 其 电机 的 冷 却 系 统 的 热 力 计算 校核 主要 高 扭矩 稳 定性 ， 因此小 型 水冷 电机与 同 等功 率 设计 的电机相 比 ， 它的动 态响应 能 力更高 。 是 对 比 电机 冷 却 系 统 在温 升 允 许 的 范 围 内 ∑ｈ＝ ＋ ） ／ （ ∑号 （ ４ ）
３ ３ 管道 内流 动 的能量 损 失计 算 ． 管 路 系 统 中 总 的 能 量 损 耗 ， 常 又 称 通
为 阻 力 损失 ， 管 路 系 统 中 的 全 部 直 管 阻 是 力 和 局 部 阻 力之 和 。 电机 水 路 系统 的 总 阻 力 等 于 通 过 所 有 直 管 的 阻 力和 所 有 折 弯 部分 的局 部 阻 力 之 和 ， 般 有 两 种 计算 方 法 。 一
关于水冷电机散热结构的优化设计分析
关于水冷电机散热结构的优化设计分析摘要：以电动汽车电机采用的特殊结构为切入点，结合定子机壳内周向螺旋水槽的结构，对其水冷系统进行了优化设计，分析与计算了其散热能力以及流阻损失影响因素，最终得出了对电机水槽结构设计的有益之处。
关键词：水冷电机；散热结构；优化设计作为新时期电动汽车的关键技术，汽车的电机驱动系统对于其各功能的运行意义重大，需要其电机具备高效率、高可靠性等特点，高功率密度驱动电机的持续运行会加剧电机温升，降低系统可靠性，因此，合理设计电机冷却结构，对于降低电机温升，保证电机可靠性意义重大，本文将结合定子机壳内周向矩形水槽的结构，对其水冷系统进行了优化设计。
1 电机水冷套内流体流动及传热相关计算 1.1 流体运动基本方程借助于连续性方程和纳斯一斯托克斯方程表示不可压缩流体的运动，具体可用式（1）表示圆管中流体的雷诺数如下[1-2]：vdu e =R （1）式中，v 为流体动力粘度，且μρ=v ，d 为 圆管直径，u 则为平均流速，对非圆形截面的管道，对应的尺寸为管道当量直径为e d ，其满足以下关系：SA4d e =（2） 其中，S 为道润湿周长，A 为管道截面面积。
管道内总阻力损失f h 具备以下关系：g2ud h 21⋅⋅=L f λ （3）其中，L 为管道长度，λ为沿程阻力系数，u 为水流平均速度，d 为圆管直径，则局部阻力损失2h f 可表示如下：guf 2h 22⋅=ς （4）其中沿程阻力系数用ς表示，其由道的结构形状决定。
1.2 电机水冷套传热基本方程用冷却公式表示电机冷却水道表面的对流换热情况如下：()f w h T T hA -=Φ （5）其中，A 为散热面积，h 为流换热系数，f T 为流体温度，w T 为固体壁面温度，h Φ则表示单位时间内对流换热量。
结合图斯-贝尔特公式及管内紊流换热规律，对对流换热系数进行计算得：4.08.0re 023.0u P R N = （6）其中，Re 为流体雷诺数，Nu 为努塞尔数，流体普朗特殊则用Pr 表示。
8米纯电动客车冷却系统设计计算书
8米纯电动客车冷却系统设计计算书一、设计依据：驱动电机厂家提供的相关参数如下：二、散热器相关参数的理论设计计算2.1散热器的匹配选型2.1.1求散器最大散热量散器最大散热量由式（1）Q p=β*Q w得到式中: Q W为电机系统最大发热量，由设计输入可知Q W=Q m+ Q c=20+3.4裕量系数β：一般客车取β=1.2将以上参数代人式（1），Q p=β*Q w =28.08Kw散热器最大散热量为28.08KW2.1.2求散器散热面积S散热器散热面积S为式3 ：S=Q/(kΔt）式中，k为散热系数，该散热器k=324KJ/m2*℃；Δt为液气平均温差式4Δt=t wcp-t acp式中，t wcp为冷却液极限温度，根据经验取t wcp=70℃t acp为热平衡时空气温度，式5 t acp=t a1+0.5Δta式中t a1为极限风温，根据经验取t1a=38℃Δt a为散热器进出空气温差，按公式计算式6 ：Δta= Q p /(3600F f C paγa V a)式中，C pa为空气定压比热，C pa=1.013Kj/kg℃（空气参数）γa V a为质量风速，其中空气风速为V a=8m/s，γa V a=（1.128kg/m3*(6m/s)=9.024kg/m2*sF f为散热器正对面积，根据布置空间大小设计，此处取F f=0.56*0.648=0.36288m2由Q p =28.08kw=101088KJ/h得出Δt a=8.465℃，t acp=42.23℃，Δt=27.77℃，S=11.24 m2取散热裕量系数ξ=1.10所以得出：S’=ξ*S=1.10*11.24=12.364 m2所以散热器（水箱）基本要求应为：散热功率＞28.08KW散热面积≥12.364 m2散热系数≥324KJ/m2*℃下表为选择的散热器要技术指标，对比理论数据，各性能指标符合要求。
2.2该款电驱动客车冷却系统选用无级调速电子风扇，通过驱动电机绕阻温度和电机控制器模块温度智能控制风扇起停及风扇转速。
电机冷却水道设计
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。
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。
电机控制器IGBT模块水冷散热研究
电机控制器IGBT模块水冷散热研究姜坤;李涛;张永亮【摘要】电机控制器的散热性能影响着电机的输出性能.为了解决IGBT模块高热流密度的问题,以直接水冷IG-BT模块翅针散热器为研究对象,采用有限元方法建立翅针散热器及电机控制器冷却水槽的散热模型,并利用有限元软件ICEPAK对不同流量、结构参数下IGBT模块翅针散热器的散热性能进行仿真分析,总结了各主要参数对散热性能的影响规律.结果表明,在满足散热器压降的条件下,翅针直径为2.6 mm,翅针长度为8 mm,翅针间距为7.2 mm×4.2mm,流量为10时翅针散热器具有更好的散热效果,其结论对翅针散热器的优化设计提供了参考.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)002【总页数】4页(P68-71)【关键词】电机控制器;IGBT模块;翅针散热器;热仿真【作者】姜坤;李涛;张永亮【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海鑫国动力科技有限公司,上海200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TM571.1电动汽车与传统汽车最大的不同就在于其电驱动系统，而电机控制器是电驱动系统中的关键部件。
电机控制器箱体内的IGBT功率模块会因长时间的运行以及频繁起动、关闭而大量发热，而电机控制器的散热性能直接影响电动机的输出性能及电驱动系统运行的可靠性。
因此，为了保证IGBT功率模块工作性能的稳定，需要开发更好的散热系统，使IGBT功率模块工作在允许的温度范围内。
电机控制器的冷却方式主要有风冷和液冷两种。
风冷散热成本相对较低，但散热能力有限，随着电力电子器件功率不断增加，这时需要采用具有更强散热能力的液冷散热器来提高系统的散热能力。
目前，关于IGBT模块散热器的研究主要有风冷散热器[1-2]、冷板散热器[3-5]、热管散热器[6]等，而对于采用直接水冷的翅针散热器[7-8]的研究较少。
电机壳体Z字型冷却水道设计
电机壳体Z字型冷却水道设计杨学威;张小发【摘要】随着电动汽车的发展,高功率密度电机越来越成为车用电机的发展趋势,随之而来的电机散热问题也越来越受到人们的关注.轴向Z字型水路因其具有加工制造简便,成本低廉,便于实现产品的平台化、批量化生产而受到大量研究和使用.以电动汽车用52 kW永磁同步电机水道壳体为研究对象,按照水路设计的步骤,综合考虑水道的散热效果和水道的压力损失,给出了轴向Z字型水路的设计方法,具有很好的指导意义.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2016(043)009【总页数】4页(P62-65)【关键词】电动汽车;Z字型冷却水道;冷却水路数;电机温升;水道宽度【作者】杨学威;张小发【作者单位】上海交通大学,上海200240;上海交通大学,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM303.6电动汽车用电机通常采用水冷方式进行散热。
水冷散热效果的好坏关键体现在水路设计是否合理上，水路设计变得尤为重要。
目前使用较多的水路结构是轴向Z字型水路和周向螺旋型水路两种。
周向螺旋型水路平滑，水流阻力损失小，但由于进出水口温度的差异，会使电机两端产生温度梯度，且加工复杂、成本高，不利于批量化、平台化发展[1-2]。
轴向Z字型水路，可以很方便地把进出水口设计在电机的同一端，避免了由于进出水口温差而产生的电机两端的温度梯度，散热比较均匀[3-4]。
轴向Z字型水路还有一个优点就是结构简单，易于通过铝型材挤压成型的方式获得。
本文通过传热学和流体力学的理论推导，设计了一种满足电机散热需求和水阻损失的轴向Z字型水道壳体结构。
参照传统铝型材挤压工艺，可以在圆柱形电机壳体上挤压出沿轴向分布的密闭空腔。
通过交替地将相邻空腔的隔断切低，配合前后端盖的密封就可以在电机壳形成连通的闭合水路。
Z字型水路的结构为单条水路轴向直走，水路之间180°转折，首尾依次连接，进出水口被一隔水台分隔两边[5-6]。
矿用隔爆型电机的水冷结构设计与温升计算
１ ０ ０ ０ ７ ０ ； １ ５ ４ ０ ０ ２ ）
要： 针对矿用 隔爆 电机体积小 、 功率 大、 发热严重等应用特点 ， 合理地设计水 冷结构可 以有效地 平衡
电机 发热量 ， 保证 电机 的安 全运行。基于流体力学及 电机传热学理论 开发编制了水冷 电机水路结构设计 与温 升计算程 序。以 Ｙ Ｂ Ｓ Ｄ矿用隔爆型三相 电动机为研究对 象 ， 对其机 壳水 路进行 了结构设 计与 热力计算 ， 并 进
ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｈｅ ｔ ｃ ａ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ｄ ａ ｔ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｔ ｕ ｌ ａ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｎ ｈｅ ｔ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｏ ｍａ ｋ ｅ ｓ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｒ ａ Ｉ １ ｓ ｆ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｓ ａ ｆ ｅ ｒ ｕ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｍｉ ｎ ｅ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｏ ｆ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｄ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ
ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ － ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｄ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ．Ａ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｆ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｗ ａ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｉ ｌ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ － ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｄ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｉ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＹＢＳ Ｄ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｗａ ｓ
基于水冷的IGBT模块散热结构设计及优化
选用的冷却液为水，入口温度为 ５０℃，查得
水在定性温度 Ｔｆ为 ５０℃时的物性参数，水的导热 率为 ０．６４８Ｗ·（ｍ·ｋ）－１，运动黏度为 ０．５５３×
１ 几何模型建立
通过三维建模软件 ＵＧ对 ＩＧＢＴ模型进行简 化处理，图 １为 ＩＧＢＴ模 型 简 化 后 的 物 理 模 型。 ＩＧＢＴ模块主 要 由 芯 片、基 板、散 热 器 以 及 水 槽 组 成，芯片共 ２４个，尺寸为 ９ｍｍ×９ｍｍ×０．３ｍｍ； 基板共 １个，尺寸为 ２１４ｍｍ×７８ｍｍ×３ｍｍ；水槽 共 １个，尺寸为 １９０ｍｍ×６４ｍｍ×１２ｍｍ，进口与 出口的直径为 １０ｍｍ。为增大散热针柱与冷却液 之间的接触 面 积，设 计 了 圆 环 形 和 螺 旋 形 散 热 针 柱。图 ２（ａ）为常规形散热针柱，针柱高 ８ｍｍ，直 径 ２ｍｍ，与另外 ２种散热针柱的高和直径相同。
程中，总热阻主要由 ３个部分组成：① ＩＧＢＴ热源
产生的热能传递到散热器时产生的接触热阻 Ｒｊｄ； ② 热能在散热器中所受的固体传热热阻 Ｒｊｖ；③ 散热器 与 冷 却 液 直 接 接 触 时 产 生 的 对 流 换 热 热 阻 Ｒｊａ［１３］。
总热阻为：
Ｒ ＝Ｒｊｄ ＋Ｒｊｖ ＋Ｒｊａ Ｒｊｄ ＝ＫｃＳ
面面积；ｎ为散热针柱的个数。
Ｒｊａ
＝１ ｈｖＡｖ
（４）
式中：Ａｖ表示总的有效对流换热面积；ｈｖ表示冷却
液的对流换热系数。
其中：
ｈｖ ＝ ＬｋＮｕ
（５）
式中：ｋ为水的导热率；Ｌ为特征长度；Ｎｕ 为努塞 尔数。
仿真部分 流 体 状 态 选 择 湍 流 模 型，故 此 处 选
择迪图斯 －贝尔特（ＤｉｔｔｕｓＢｏｅｌｔｅｒ）公式对努塞尔
度和形状对 ＩＧＢＴ模块结温的影响，结果表明在冷 却水道中加入高度为 ０．７ｍｍ且形状为菱形的扰 流块时，ＩＧＢＴ模块的散热性能可达到最优。Ｗａｎｇ Ｙ等［１２］研究了纯电动汽车中 ＩＧＢＴ模块中的集成 液体对模块 温 度 的 影 响，结 果 表 明 通 过 集 成 液 体 直接冷却可消除导热油脂层，ＩＧＢＴ到散热器之间 的热阻下降了 ５０％以上，降低了模块的结温。综 上发现，目前 大 多 研 究 仅 在 风 冷 散 热 器 的 结 构 特 征、扰流块以 及 冷 却 液 的 流 动 特 性 等 方 面 进 行 研 究，在水冷的 针 柱 散 热 器 的 结 构 特 征 方 面 研 究 较 少。针对这种 情 况，在 常 规 散 热 针 柱 的 基 础 上 设 计了圆环形和螺旋形散热针柱。分别对 ３种散热 针柱的 ＩＧＢＴ模块进行理论计算和数值模拟，通过 对比分析，得到散热能力最好的螺旋形散热针柱， 并进一步对螺旋形散热针柱进行优化处理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
螺旋形电机水冷系统设计与散热计算
孙利云
四川建筑职业技术学院四川德阳 618000
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。
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1
1.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
KW
P137
.1
=
损
（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
KW
P
P137
.1
=
=
损
散
（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
min
L
Q10
进口温 ℃ in t 30 出口温 ℃ out
t
35 避温 ℃
w t
40 导热系数 k
m W ⋅
λ
0.620663
运动粘度
s
m
2
ν
7
10
125.8-⨯
动力粘度 ()
s m kg
⋅
f
μ
0.00081
动力粘度
()
s m kg
⋅
w μ
0.00049
普朗特数 r P
5.52167
（1）当量直径
()
m b a b a U
A D e 00833.0244=+⨯⨯=
=
（3）
式中：a 、b 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
℃5.322
=+=
out
in f t t t
（4）
平均温升
℃5.7=-=∆f w t t t
（5）
流速
s m A
Q w /389.1==
（6）
雷诺数
2.13675==
ν
e
e wD R （7）
由此可以判断，水系统流态为湍流。
（3）水流吸收的热量
()in
out p t t m C -=Φ （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
t
L D e ∆=Φπα （9）
α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]
r m
r e f
e u P R D N ελα8.0023.0==
（10）
上式适用范围如下：
①壁面与水流间温差小于20℃~30℃，
②410>e R
③1207.0<<r P ， ④
60
≥e
D L ；
式中：r ε为考虑螺旋管道的修正系数，表达式如下：
3
3.101⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+=o e r
R D ε （11） 式中：0R 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
m L 578.2= （12）
螺旋槽圈数
19
.410
190578
.23
≈⨯⨯=
-πn （13）
取螺旋槽圈数为5 则水槽段长度为，
()mm
L s 1651015255=⨯-+⨯=（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。