轨道交通用永磁牵引电机通风结构研究

丁树业+李珊珊+杨帆+陈卫杰

摘 要：为了能够有效改善轨道交通用永磁同步牵引电动机的散热性能，以一台600kW的永磁同步牵引电动机为例，在了解其通风结构的基础上，基于计算流体动力学及数值传热学，结合电机温度场分析的数学模型，建立了此台电机整轴向、半周向的三维物理分析模型。并结合有限体积元法对该模型进行数值计算，得到了电机内各主要元件的温升分布结果，并总结其产生原因。为轨道交通用永磁同步牵引电动机冷却性能的提升，以及更大容量牵引电机的通风结构的优化做参考。

关键词：永磁同步牵引电机；温度场；有限体积元法

DOI：10.15938/j.jhust.2017.03.016

中图分类号： TM341

文献标志码： A

文章编号： 1007-2683（2017）03-0090-06

Abstract：In order to effectively improve the ventilation performance of permanent magnet synchronous traction motor used in the rail transit， this paper， taking a 600 kW permanent magnet synchronous traction motor as an example， and based on computational fluid dynamics （CFD） and the basic theory of heat transfer， establishes the three dimensional physical model under its ventilation scheme for the analysis of temperature field. Applying the finite volume element method， each part of the permanent magnet synchronous traction motor was numerical analyzed. And the temperature distribution of its internal components was summarized in order to optimizing. It provides the theory basis forimproving the permanent magnet traction motor cooling performance as well as the accurate calculation for temperature field of the permanent magnet traction motor with larger capacity.

Keywords：permanent magnet synchronous traction motor； temperature field； finite volume element method

從图12中可以看出，上下层股线的最高温升位于轴向中心位置，靠近进风口一侧的温升低于远离进风口一侧。这是由于进风口一侧的风扇对空气起到扰动作用，使空气能够很好的带走定子股线端部热量。

从图中可以看出，上层股线的平均温升较下层股线低，这是由于上层股线靠近转子部分，转子部分不是热源，定子部分向转子部分传热，而定子铁心是热源，靠近定子铁心部分散热能力差，导致下层股线平均温升较高。

3 结 论

本文以一台600kW永磁同步牵引电动机为例，根据其通风结构，建立了其三维温度场求解物理模型，通过对此结构特征下的电机内主要部分温度场的数值计算和分析，得到如下结论：

1）最高温升点位于定子铁心的轴向中心处，最高温升为191.20K，定子股线温升较高；

2）电机内部风扇增强了内部空气的流通能力，使得轴向温升从风扇端到传动端呈现间歇性递增的趋势；

3）内通风道与外通风道温升相差较大，外通风道的空气冷却能力强，虽然内风路与外通风道的间接接触增强了，但是由于内风路的空气换热能力弱，所以未能增强电机内部散热能力；

4）观察内风路可以发现，能够通过挡风板的设计来改变冷却介质的流通路径，由于传热系数受流通路径的面积影响较大，因此可以在电机的电磁性能不变的前提下，寻求较大的传热系数，达到冷却目的。

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（编辑：温泽宇）