Etusivu > Uutiset > Sisältö
Sähkömoottorin jäähdytys
Aug 22, 2017

Tässä esimerkissä tutkitaan sähkömoottorin jäähdytystä.    Moottori koostuu pyörivistä ja paikallaan olevista osista.    Se kuumenee lämmönsiirron takia moottorista, johon se on asennettu, ja akselilaakereiden kitkaveden takia.    Jäähdytys suoritetaan koteloihin asennetuilla keloilla ja vähäisemmässä määrin pyörivien ja paikallaan olevien komponenttien välisen ilmavälin avulla

Tulokset viittaavat siihen, että tämän moottorin ja moottorin kiinnitystarvikkeita tarvitaan lisää jäähdytystä.

 

Hajautetun sähköntuotannon tehtävä saavutetaan yleensä generaattorisarjalla, joka koostuu polttomoottorista (IC), joka on kytketty sähkömoottoriin. Sähkömoottoreiden jäähdytys on haastava tehtävä. Kelalta vapautuneen lämmön lisäksi moottorit saavat lisälämmönsiirtoa liitetystä IC-moottorista. Roottorin ja kiinteän komponentin (staattori ja kotelo) välissä oleva ilmaraja on yleensä hyvin pieni eikä se merkittävästi edistä jäähdytysprosessia.

Tällöin jäähdytysvettä kierrätetään moottorikotelossa olevien käämien kautta lämmön haihtumiseen.   Tämä esimerkki simuloi yhtä tällaista tilannetta ja ennustaa lämpökuormituksen jakautumista sähkömoottorin eri osiin. Laskennan tulokset antavat yksityiskohtaisen käsityksen moottorin jäähdytysprosessista, ja sitä voidaan käyttää ohjaamaan vaihtoehtoisia strategioita moottorin tehokkaalle jäähdyttämiselle.

2010072311532334925.jpg

FLUENTin avulla analysoidaan moottorin 30 asteen jaksollinen sektori.    Laskentadomeeni (kuva 1) koostuu moottorin akselista, roottorista, staattorista, magneeteista, moottorikotelosta ja akselin ja kotelon sovittimista, joita käytetään moottorin pyörittämiseen moottoriin. Staattori, joka ei ole esitetty kuvassa, sijaitsee roottorin ja kotelon sisäpuolella, joka ulottuu magneettien alla olevasta alueesta moottorikotelon ulomman osan sisäpuolelle. Sen poikkileikkaus on muotoiltu   kirjain "I".    Staattoria lukuun ottamatta kaikki kiinteät moottorikomponentit simuloidaan johtaviksi seiniksi (kiinteät vyöhykkeet), joiden läpi energia-yhtälö on ratkaistu.

Roottori erotetaan moottorin kotelosta ja staattorista ilmavälillä (sininen). Se sisältää parin magneetteja (punainen), jotka pyörivät roottorin kanssa. Moottori kiinnitetään moottoriin kotelon ja akselin sovittimien avulla. Pultit, joita käytetään liitäntöjen tekemiseen ja joiden poikkileikkaukset ovat vihreitä, siirtävät huomattavan määrän lämpöä moottorista moottoriin. Sovittimien ja moottorin kiinnikkeiden välisiä tiivisteitä käytetään minimoimaan tämä lämmönsiirto.

2010072311540031867.jpg

Kotelon ulkopintoihin sovelletaan konvektiolämmönsiirron raja-olosuhteita. Myös moottorin koteloon asennetut jäähdytyspatterit on mallinnettu käyttäen tätä raja-asemaa. Lämpötilat määritetään sovittimen pinnoille. Sovituspintojen pinnat, jotka on peitetty tiivisteillä, on mallinnettu käyttäen ohutseinämäistä lämpöresistanssin rajaa. Tämä erityinen rajatila mahdollistaa ohuen kerroksen   (tiiviste) ulkoisen rajan (moottorin) ja nesteen tai johtavien seinämäalueiden (sovittimien) välillä domeenin sisäpuolella.    Pyöreät pulttiliitännät on kuvattu vakiolämpötilan rajaolosuhteilla.    Staattoripintoja käsitellään ulkoisina rajoina, joiden säteissuunnassa on vaihteleva lämpötila.

Kuva 2 esittää akselin ja moottorikotelon lämpötilan muotoja.    Lämpötilan ääriviivat kuvaavat näiden komponenttien lämmöntuottoa moottorista. Lämpötilan laskurit roottorissa on esitetty kuviossa 3. Korkeampi lämpötila näkyy roottorin oikeassa alakulmassa (ja pienemmässä määrin vasemmassa alakulmassa). Tämä johtuu pääosin kuumennuksesta akselisovittimesta ja osittain lämmönlähteestä, joka sisältyy kitkakerroksen esittämiseen akselilaakereiden paikan päällä. Magneettien lämpötilan ääriviivat on esitetty kuviossa 4. Ne kuvaavat moottorin lähimmät alueet (oikea ala) saavat riittämätöntä jäähdytystä verrattuna muualle.

2010072311550168396.jpg2010072311551357133.jpg

Yhteenvetona, IC-moottoriin asennetun sähkömoottorin CFD-analyysi on osoittanut, että vesikäämät ovat tehokkaita jäähdytyksessä vain osa moottorin osasta, mikä

on kaukana moottorista. Moottorin lähinnä olevat moottorikomponentit (magneetit, roottori ja kotelo) olivat jatkuvasti korkeampia lämpötiloja, jotka johtuvat suorien lämmöntuotojen vaikutuksesta adapterien läpi ja laakereiden kitkalämmitykseen. Laskennatulokset osoittivat, että lisälaitteiden jäähdytys tai lämpösuojaus olisi tarpeen kotelon sovittimissa, jotta vältyttäisiin magneettien vaurioilta moottorin puolella. Lisäksi korkeampi jäähdytysnesteen virtaus moottorin puoleisen putken läpi tuottaa paremman jäähdytyksen moottorin moottoripuolella.