تحلیل حرارتی و طراحی سیستم خنک‌‌کننده یک موتور مغناطیس دائم دریایی

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
مجتبی اسماعیلیان
فرزاد برومند
مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران
10.22034/stme.2023.381516.1027
چکیده
هدف از این تحقیق تحلیل حرارتی یک موتور مغناطیس دائم بدون جاروبک با کاربرد دریایی می‌‌باشد. ازجمله مزایای موتورهای مغناطیس دائم بدون جاروبک ایجاد گشتاور و توان بالا به نسبت وزن و اندازه آن‌‌ها می‌‌باشد. اما این موضوع منجر به افزایش زیاد دمای موتور می‌‌گردد. بنابراین طراحی سیستم خنک‌‌کننده برای خنک‌‌کاری و کاهش دمای این موتور ضروری می‌‌باشد. درنتیجه موتور ابتدا در حالت بدون سیستم خنک‌‌کننده و سپس همراه با سیستم‌‌های خنک‌‌کننده مختلف مورد تحلیل حرارتی قرار گرفته است. به منظور تحلیل حرارتی، ابتدا مدل‌‌سازی استاتور و پوسته انجام گرفته و سپس شبیه‌‌سازی انجام شده است. به منظور بررسی میزان اثر سیستم خنک‌‌کننده و انتخاب یک سیستم ‌‌خنک‌‌کننده بهینه و مناسب در این موتور، دمای بیشینه در سیستم‌‌های خنک‌‌کننده مختلف با تعداد سوراخ‌‌های 4، 8 و 12 عدد، قطر سوراخ‌‌های گوناگون 3، 4 و 5 میلیمتر و سطح مقطع‌‌های دایروی و بیضی‌‌گون با یکدیگر و با حالت بدون سیستم خنک‌‌کننده، مقایسه شده است. نتایج نشان داده است که دمای این موتور در حالت بدون سیستم خنک‌‌کننده به حدود 416 درجه سانتی‌‌گراد می‌‌رسد. همچنین سیستم خنک‌‌کننده دارای 8 سوراخ 4 میلیمتری دایروی به عنوان مناسب‌‌ترین سیستم خنک‌‌کننده برای این موتور معرفی گردیده است.
کلیدواژه‌ها
موتور مغناطیس دائم
سیستم خنک‌‌کننده
تحلیل حرارتی
آب دریا
موضوعات

عنوان مقاله English

Thermal analysis and cooling system design for marine brushless DC motor

نویسندگان English

Mojtaba Esmailian
Farzad Boroumand
Faculty of Mechanics, Malek Ashtar University of Technology, Iran
چکیده English

The purpose of this research is thermal analysis of a brushless permanent magnet motor with marine application. The advantages of brushless permanent magnet motors are creating high torque and power in proportion to their weight and size. But this issue leads to a large increase in engine temperature. Therefore, the design of the cooling system is essential for cooling and reducing the temperature of this engine. The engine has been thermal analyzed first without cooling system and then with different cooling systems. For the purpose of thermal analysis, the stator and the shell were first modeled and then simulated. The engine has been thermally analyzed first without cooling system and then with different cooling systems. In order to check the effect of the cooling system and choose an optimal and suitable cooling system for this engine, the maximum temperature in different cooling systems with the number of 4, 8 and 12 holes, the diameter of the holes various 3, 4 and 5 mm diameters and circular and oval cross-sections have been compared with each other and with the state without cooling system. The results showed that the temperature of this engine reaches about 416  c without cooling system. Also, the cooling system with 8 circular 4 mm holes has been introduced as the most suitable cooling system for this engine.

کلیدواژه‌ها English

Brushless DC motor
Cooling system
Thermal analysis
Sea water
[1] Kolahduz A, Shakeri M, Jabari A, Gol S. Design and thermal analysis of a brushless direct current motor with a power of 300 watts. Majlesi Journal of Electrical Engineering. 2009 (pp. 37-45). (in persian)
[2] Esmailian M, Boroumand F. Design of mechanical components for Brushless DC Motor. Mechanics of Advanced and Smart Materials Journal. 2023 (pp. 347-364). (in persian)
[3] Minghui Z, Weiguo L. Transient coupled electro-magnetic thermal analysis of a permanent magnet brushless DC motor. In2010 International Conference on Computer, Mechatronics, Control and Electronic Engineering 2010 Aug 24 (Vol. 4, pp. 221-224). IEEE.
[4] Chakkarapani K, Thangavelu T, Dharmalingam K. Thermal analysis of brushless DC motor using multiobjective optimization. International Transactions on Electrical Energy Systems. 2020 Oct;30(10): e12546.
[5] Wenjuan Q, Jiming Z, Guiqing H, Jibin Z, Yongxiang X. Thermal analysis of underwater oil-filled BLDC motor. In2011 International Conference on Electrical Machines and Systems 2011 Aug 20 (pp. 1-4). IEEE.
[6] Marashi AN, Kanzi K. Thermal analysis of BLDC motor with propose new arrangement for permanent magnets to magnet eddy current loss reduction. In2016 24th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE) 2016 May 10 (pp. 1769-1774). IEEE.
[7] Miao DM, Perriard Y, Markovic M, Germano P, Shen JX. Thermal modeling of a BLDC motor for a kick scooter. In2012 IEEE International Symposium on Industrial Electronics 2012 May 28 (pp. 764-769). IEEE.
[8] Liu ZJ, Howe D, Mellor PH, Jenkins MK. Thermal analysis of permanent magnet machines. In1993 Sixth International Conference on Electrical Machines and Drives (Conf. Publ. No. 376) 1993 Sep 8 (pp. 359-364). IET.
[9] Shukla A, Payami S. Design and thermal network modeling of BLDC motor for submersible pump application. In2020 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES) 2020 Dec 16 (pp. 1-5). IEEE.
[10] Li Y, Huang X, Fang Y. Thermal analysis of a brushless DC motor for aerospace application using thermal network models. In2013 International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS) 2013 Oct 26 (pp. 855-859). IEEE. 
[11] Zhang Y, Ruan J, Huang T, Yang X, Zhu H, Yang G. Calculation of temperature rise in air-cooled induction motors through 3-D c oupled electromagnetic fluid-dynamical and thermal finite-element analysis. IEEE Transactions on Magnetics. 2012 Jan 23;48(2):1047-50.

  • تاریخ دریافت 25 دی 1401
  • تاریخ بازنگری 16 اردیبهشت 1402
  • تاریخ پذیرش 20 خرداد 1402
  • تاریخ اولین انتشار 20 خرداد 1402
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1402