Axial flux induction machines are attractive solutions for electric vehicle applications nowadays. Thanks to their high torque density and no need for rare-earth material for permanent magnets, axial flux induction machines are the most used electric machine type with good performance and low prices. Research on the thermal characteristics of induction machines can benefit the design development of products. Generally, the finite element analysis (FEA) method is used to conduct a fast thermal simulation of machines. However, a significant disadvantage of the FEA method is that the forced convection heat transfer and the fluid motion are challenging to consider. To solve this problem, the thesis work focuses on conducting a computational fluid dynamics (CFD) model to predict the temperature distribution of the AuraGen induction machine and the velocity distribution of the airflow by accurately considering the forced convection heat transfer and the fluid motion in different operation conditions. The thesis work covers the improvement of 3D cad models of the AuraGen induction machines and airflow fields, evaluation of simulation parameters of the CFD simulation models, and the comparison of results between the CFD simulation, FEA simulation, and physically experimental measurements. Finally, the best CFD simulation model can accurately predict the temperature distribution of all components of the induction machine and the airflow in the 3000, 2000, and 1000 rpm conditions. The accuracy satisfies the desired goal which is within 4℃ of the average error and 8℃ of the maximum error. Velocity distributions of the airflow can also show characteristics of the fluid motion from inlets to the outlet. Compared with simulation results of the FEA method, the CFD simulation model has significantly more accurate results when applied for a wide range of operating speeds to predict the temperature distribution in the forced convection heat transfer condition. The good CFD simulation results can help quickly discover design problems in the early stage of the product development process without making repeated prototype constructions and physical tests. The good CFD simulation results are beneficial to reducing the number of necessary prototypes and therefore reducing development costs and time consumed. / Axial Flux Induktionsmaskiner är attraktiva lösningar för elektriska fordonsansökningar nuförtiden. Tack vare sin höga vridmomentäthet och inget behov av sällsynt jordmaterial för permanenta magneter är Axial Flux-induktionsmaskiner den mest använda elektriska maskintypen med bra prestanda och låga priser. Forskning om induktionsmaskinernas värmekarakteristik kan gynna designutvecklingen av produkter. I allmänhet används metoden Finite Element Analysis (FEA) för att genomföra en snabb termisk simulering av maskiner. Emellertid är en signifikant nackdel med FEA-metoden att den tvungen konvektionsvärmeöverföringen och fluidrörelsen är svåra att ta hänsyn till. För att lösa detta problem fokuserar avhandlingsarbetet att genomföra en CFD-modell för att förutsäga temperaturfördelningen av Auragen-induktionsmaskinerna och luftflödeshastighetsfördelningen genom att noggrant överväga den tvungen konvektionsvärmeöverföring och fluidrörelse i olika driftsförhållanden. Avhandlingsarbetet täcker förbättringen av 3D CAD-modeller av Auragen-induktionsmaskiner och luftflödesfält, utvärdering av simuleringsparametrar för CFD-simuleringsmodellerna och jämförelsen av resultaten av CFD-simuleringen, FEA-simulering och fysiskt experimentella mätningar. Slutligen kan den bästa CFD-simuleringsmodellen noggrant förutsäga temperaturfördelningen av alla komponenter i induktionsmaskinen och luftflödet i 3000, 2000 och 1000 rpm-förhållandena. Noggrannheten uppfyller det önskade målet som är inom 4 ℃ från medelfelet och 8 ℃ från det maximala felet. Velocitetsfördelningar av luftflödet kan också visa egenskaper hos fluidrörelsen från inlopp till utloppet. Jämfört med simuleringsresultat av FEA-metoden har CFD-simuleringsmodellen betydligt mer exakta resultat när det appliceras för ett brett spektrum av driftshastigheter för att förutsäga temperaturfördelningen i det tvångsöverföringstillstånd. De goda CFD-simuleringsresultaten kan hjälpa till att snabbt upptäcka designproblem i ett tidigt skede av produktutvecklingsprocessen utan att göra upprepade prototypkonstruktioner och fysiska tester. De goda CFD-simuleringsresultaten är fördelaktiga för att minska antalet nödvändiga prototyper och därför minska utvecklingskostnaderna och tidsåtgången.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-320906 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Chen, Huanyu |
| Publisher | KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2022:157 |
Page generated in 0.0024 seconds