电动车电机冷却水道计算

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 P损1.137KW （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 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 Lmin

Q 10

进口温 ℃ tin 30

出口温 ℃ t35 out 避温

℃

t40 w

导热系

数

Wmk 0.620663

运动粘2 度

ms 8.125107

动力粘

0.00081

度

kgmsf

动力粘

kgmw 0.00049

度

s

普朗特

Pr 5.52167

数

（1）当量直径

D4A4abeU2ab0.00833m（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

ttintoutf232.5℃ （4）

平均温升

ttwtf7.5℃ （5）

流速

wQA1.389m/s （6） 雷诺数

RwDee13675.2 （7）

由此可以判断，水系统流态为湍流。 （3）水流吸收的热量

Cpmtouttin （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

DeLt （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]

NuDe0.023R0.8mePrr（10） f上式适用范围如下： ①壁面与水流间温差小于20℃~30℃，

②Re104

③0.7Pr120， ④LD60； e式中：r为考虑螺旋管道的修正系数，表达式如下：

D3er110.3Ro （11） 式中：R0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

L2.578m （12）

螺旋槽圈数

n2.5781901034.19 （13） 取螺旋槽圈数为5 则水槽段长度为，

Ls5255110165mm（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