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一种新的电机冷却方式——热管冷却

学术研究2024.01.30
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热管是一种高效的传热装置,在一些研究和发明中已被应用到电机上[1-3]。热管采用相变传热机制,是一种从热源到热阻极低的散热器的被动传热方式。

文献[2]阐述了热管的工作原理,如图1所示,一端受热后管内液体蒸发蒸汽流动至冷凝端,冷凝端受到外部空气或液体的对流换热带走热量,内部蒸汽液化流至受热端,往复循环。


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图1 热管工作原理    
在文中作者还提供了一种利用槽内热管进行绕组间接冷却的方法,如图2所示,热管一端与绕组紧密接触,另一端插入设置在前端盖的冷却水道中,端盖水道与机壳水道相串联。通过建立CFD有限元模型与样机实验验证,对比研究表明热管间接冷却方法比传统的机壳水套冷却有明显优势,电流密度提高了50%。


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图2 热管间接冷却方法
文献[3]将热管设计成U形结构,以缩短电机的轴向长度,如图3所示。热管冷却设计采用轴向导热,热量并不经过定子铁心和机壳向外散热,而是通过插槽设计,热管导热,散热翅散热。分析结果表明,当风速为4m/s时,绕组温度可被抑制在100℃以内,电流密度达到12.5A/mm2。然而,由于热管的U形结构不能高效地利用其轴向导热能力,结合电机的结构特点,该方案还需进一步优化。

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图3 带有U形热管的电机结构

参考文献   

[1]L. Li, J. Zhang, C. Zhang and J. Yu, "Research on Electromagnetic and Thermal Issue of High-Efficiency and High-Power-Density Outer-Rotor Motor," in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 26, no. 4, pp. 1-5, June 2016, Art no. 5204805.

[2]W. Geng, T. Zhu, Q. Li and Z. Zhang, "Windings Indirect Liquid Cooling Method for a Compact Outer-Rotor PM Starter/Generator With Concentrated Windings," in IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 36, no. 4, pp. 3282-3293, Dec. 2021.   

[3]X. Zhang, C. Zhang, P. Fu, C. Zhang and L. Li, "A Novel Cooling Technique for the Windings of High-Torque-Density Permanent Magnet Machines," 2018 21st International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2018, pp. 332-337.



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