电机水冷系统设计与散热计算

1、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 。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

2、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

3、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。水冷计算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。经过电磁计算，电机 总的损耗为P损 1.137KW（ 1）设所有损耗都转化为热能，在电机稳

4、定运行过程中，热能被水带走。因此 实际需要的散热功率为P散 P损 1.137KW（ 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L minQ10进口温tin30的质量。冷却水从水套壁吸收热量出口温tout35DeL t避温tw40导热系数为对流换热系数，L为螺旋水槽伸直 后的长度(5)怒谢尔特数3(1)De4AUm2 skg m s f8.125 10 7上式适用范围如下：壁面与水流间温差小于20C 30CRe104,Wkg m s0.7P 120，PrL De60 ；直径式中：r为考虑螺旋管道的修正系数，表达式如下：fa2 a b0.00833 m ( 3)普朗特数动力

5、粘度运动粘 度 动力粘 度Nu、i/ 日. 当量30.023 R：8Prm r (10)式中: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32.5 C2Der 110 .3 eRtf(4)平均温升tf 7.5C(5)(11)式中：Ro为螺旋管的曲率半径。流速Qw 1.389m/sA雷诺数R, wD13675.2(6)(6)水套长度计算 由式(8) (11) 度L 2.578m螺旋槽圈数2.578 n 190 10 3 取螺旋槽圈数为5 则水槽段长度为，联立求解得水槽长(4.19( 13)Ls 5 255 110 165 mm (14)由此可以判断，水系统流态为湍流。(3)水流吸收的热量C pm tout tin(8)式中，m为单位实际内流过水槽截面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.