电机散热仿真分析解决方案

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电机是一种机电能量转换装置，分为发电机和电动机两种形式，广泛应用于现代发电、工业、家电、伺服控制、交

通、新能源、物联网等各行各业。电机是“电气化”的最核心设备之一，随着“电气化”趋势的深入发展，很多传统的动

力传动都会被电驱动取代；同时随着新能源汽车、可再生新能源、节能减排、工业4.0等国家战略的提出，电机行业

有迎来了一次高速发展时期。电机本身也朝着体积小、功率密度高、效率高、噪声低、成本低、可靠性高等高性能

方向发展。

电机设计是一个典型的多物理场问题，它涉及到的领域包括电磁、结构、控制、流体等多个领域。电机设计中流体

部分的核心问题便是通风、散热问题，其涉及到通风系统、通风部件、换热部件的设计优化问题以及电机核心部件

的温升（起动时及额定工况）问题。

电机在运行时将产生各种损耗，这些损耗转变成热量，使电机各部件发热，温度升高。电机中的某些部件，特别是

电机的绝缘，只能在一定的温度限值内才能可靠工作。为维持电机的合理寿命，需要采取适当的措施将电机中的热

量散发出去，使其在允许的温度限值内运行。

电机冷却的目的就是根据不同类型的电机选择一种合理的冷却方式，保证在额定运行状态下，电机各部分温度不超

过国家标准允许的限值。电机的冷却方式，主要是指对电机散热采用什么冷却介质和相应的流动途径。改进电机的

冷却技术，对提高电机的利用系数和效率及增加可靠性和寿命，特别对提高大型电机的单机容量，都具有重要的意义。

ANSYS CFD软件为解决电机散热问题提供了完备的解决方案，涵盖了热仿真的整个过程：从几何模型处理、网格划

分、求解设置、条件设置、仿真求解、后处理到优化等各个阶段，ANSYS CFD都有成熟的产品为热仿真服务。

案例1：
以某小型电机的瞬态温升分析为例，介绍使用ANSYS CFD对电机散热问题进行仿真分析的过程。此次仿真主要是模拟

真空环境下电机损耗瞬态变化以及外部辐射环境变化时的温升。求解过程中，仅仅考虑导热与电机外壁面的热辐射换

热条件（真空环境，动静转子之间也是近似考虑真空）。网格划分采用Workbench Meshing，仿真求解采用Fluent。

从结果看，转子与静止之间的温差小，所以转子的温升通过外部空间热对电机罩和轴把热量传递。

图1 电机三维模型

图2 某时刻转子及定子温度

图3 外壳平均温度瞬态监测（K） 

案例2：