南航团队提出一种航空三级式无刷发电机的散热优化方法

排行榜 2025年11月04日 14:14 5 admin

航空三级式无刷发电机具有高电负荷、高磁负荷、体积小、质量轻的特点，导致损耗大和散热困难，因此精确的温度场分析和高效的散热是实现航空三级式无刷发电机高功率密度设计和安全可靠运行的重要基础。

图1 三级式无刷发电机结构

目前有关三级式无刷发电机的研究主要集中在控制方法和电磁特性，针对油冷三级式无刷发电机多相流流态分布和热特性的研究还鲜见报道。南京航空航天大学自动化学院的李进才、李涵琪等，研究了油冷三级式无刷发电机的热特性。建立三维流固耦合热模型，优化喷油方式提高了散热效果，搭建温升实验平台进行了验证。

图2 电机测试平台

他们指出，三级式无刷发电机中主电机是最主要的损耗源，也是温升最严重的部件。喷油冷却虽然散热效果好，但油气两相混合后介质的黏度和密度远高于空气，致使摩擦损耗也是不可忽视的热源。本研究中摩擦损耗高达1054.7 W，占据了总损耗的24.9%。

图3 实验结果

研究者发现，永磁体与旋转整流器由于损耗相对较低，在高速旋转中能充分接触到冷却油，因此温升较小。受损耗与油分布状态的影响，电机最高温出现在主电机电枢绕组端部，而主电机的温度也明显高于永磁机和励磁机，在设计冷却时应重点关注。

他们通过优化主电机轴向两侧喷油方式，在流量不变的前提下提高了主电机电枢绕组端部区域油的体积分数，使得额定负载下电机最高温升下降了8.3℃，过载时则下降了9.3℃。样机实验表明，测试值与计算值基本一致，验证了热分析的正确性与散热优化的有效性。

本工作成果发表在2024年第22期《电工技术学报》，论文标题为“航空油冷三级式无刷发电机流固耦合传热研究及散热优化”。本课题得到国家自然科学基金“叶企孙”联合基金重点项目和航空科学基金项目的支持。

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