轮缘驱动无轴推进器冷却方案设计与多物理场耦合计算.pdf

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1、船电技术I应用研究Vrol36No．32016．3轮缘驱动无轴推进器冷却方案设计与多物理场耦合计算胡鹏飞，靳栓宝，沈洋，魏应三，兰任生，庄双江(海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室，武汉430033)摘要：针对轮缘驱动无轴推进器中集成化永磁电机的散热问题，设计了自然循环的海水冷方案，即在无轴推进器桨叶的前、后端开槽，并与电机定、转子间的气隙连通，形成闭合的、与推进器进出流方向相反的自然水循环通道，冷却通道的流量由推进器桨叶前后截面的压力差、气隙的高度等参数决定。文章基于有限元方法计算了永磁推进电机

2、的电磁性能，并采用有限体积法对轮缘驱动式集成化永磁电机推进器的冷却方案进行了电磁场、温度场与流场的耦合计算，校验了集成化永磁推进电机冷却方案的有效性。关键词：无轴推进器永磁推进电机海水冷却多物理场耦合分析数值计算中图分类号：U664．34文献标识码：A文章编号：1003．4862(2016)03—0028-04DesignandMultifieldCoupledAnalysisofCoolingSystemforPMMotorinRimDrivenPropulsorHuPengfei，JinShuanbao

3、，ShenYang，WeiYingsan，LanRcnsheng，ZhuangShuangjiang(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonVesselIntegratedPowerSystem，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)Abstract：Sinceelectricalmachine'Sworkingtemperaturesignij譬can@affectspermanentmagnet《

4、PM)characteristicandreliabilityoftheinsulation，thedesignofeffectivecoolingsystembecomesavitalconcernofrimdrivenpropulsor．Inthispaper,anaturaZcoolingsystemisdesignedfo，_theintegratedPMmotorinsidearimdrivenpropulsorbydesigningthecoolingwaterpassingthroughair

5、-gapbetweenPMmotor§statorandrotor．Inordertopredictmaximumtemperatureprecisely,anelectromagnetic,thermalandcomputationalfluiddynamiccoupledmultifieldanalysisisdevelopedandappliedtoverifytheeffectivenessofdesignednaturalcoolingsystem．Keywords：shafllesspropul

6、sor,PMmotor；computationalfluiddynamic(cFD)：thermalanalysm0引言无轴推进是将推进电机集成于推进器中，取消推进轴系及相关配套系统、设备，利用电流传递功率输出的一种新型推进技术。根据永磁推进电机的布置位置(如图1所示)，可将无轴推进器收稿日期：2015-12．09基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51307177，51309229，51409256)作者简介：胡鹏飞(1990．)，男，博士生。研究方向：电力集成。28分为轮毂驱动式和轮缘驱动式

7、㈨】。进入新世纪后，随着高性能永磁材料的开发，以及大容量高功率密度永磁无刷电机技术的日趋成熟，轮缘式集成电机推进器逐渐从实验室走向工程应用[3。6】。邋霭(a)轮毂驱动式(b)轮缘驱动式图1无轴推进器示意图、，r01．36No．32016．3船电技术f应用研究在轮缘驱动式无轴推进器中，永磁推进电机作为电能转换为机械能的能量转换装置，其运行过程中必然会产生一定的能量损失，而绝大部分的损耗将以发热的形式耗散掉，进而导致电机的工作温度升高。电机过高的工作温度会使永磁体产生不可逆退磁、绝缘老化，严重情况将导致电机烧

8、毁[7-91。目前，国内外有关轮缘驱动式无轴推进器的研究主要集中在推进器水动力和集成化电机电磁方案设计上[2,10,11】，鲜有文章介绍轮缘驱动式无轴推进器冷却方案的细节设计和整系统分析实际进流情况下集成化永磁电机的冷却性能。本研究以轮缘驱动无轴推进器高效冷却方案设计为研究目标，针对推进器导管内集成化电机推进器散热问题，详细介绍了如何有效利用桨叶盘面前后的压力差和电机定、转子之间的气隙作为通道，进行无轴推进器集成