汽車散熱器風(fēng)扇扇設(shè)計(jì)匹配方法

車用冷卻風(fēng)扇基礎(chǔ)

ContentMotorBasic電機(jī)基礎(chǔ)CFMBasic冷卻風(fēng)扇基礎(chǔ)DesignofCFMsystem冷卻模塊的設(shè)計(jì)校核TechnictrendofCFM冷卻風(fēng)扇的發(fā)展趨勢QuestionandAnswer問題討論ContentMotorBasic

01.HeadlightRetractorMotor02.WaterPumpMotor03.FrontWindshieldWiperMotor04.RearWindshieldWiperMotor05.WinshieldWasherMotor06.HeadlightWasherPumpMotor07.DoorLockActuatorMotor08.PowerAntennaMotor09.WindowLiftMotor10.SeatMotor11.Door-MirrorMotor12.TelescopicSteeringMotor13.TiltSteeringMotor14.SunroofMotor15.PowerCurtainMotor16.EngineCoolingMotor17.SeatMotorforSideSupport18.SeatMotorforLumbarSupport19.BlowerMotor20.CondenserCoolingFanMotor21.ServoMotorforAirConditioner22.MotorforIn-Car-Sensor23.BlowerMotorforAir-Purifier24.HeightAdjustingMotor25.MotorforABS26.SteppingMotorforIdleSpeedControl27.4WDDef-lockMotor28.SteppingMotorforOdometer29.MotorforAutoDriveSystem30.FuelStopMotorMotorsforAutomotive汽車用電機(jī)直流永磁電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)繞組定子轉(zhuǎn)子／電樞電刷彈簧繞組電刷電刷組件端蓋軸承機(jī)殼磁瓦電刷引線刷盒Eg

+-raIUMotorEquation電機(jī)基本公式TilT,STTSn,I,ηI0SnltSnlIS根據(jù)上面簡化圖，電路平衡公式：U=I*Ra+Eg其中：UVoltage電壓ICurrent電流RaResistance.電樞內(nèi)阻EgCounterEMF反電勢Inputpower輸入功率

Pin=U*I(Watts)其中U輸入電壓;I電流由于摩擦阻力,風(fēng)阻,磁阻和內(nèi)電阻的損耗I2R,電機(jī)的輸出功率小于輸入功率:Outputpower(shaftpower)輸出(軸)功率Ps=2*π*S/60*T(Watts)其中:Sspeed(rpm);Ttorque(Nm)Efficiency效率η=

Ps/Pin=2*π*S/60*T/(U*I)ContentMotorBasicCFMBasic

FunctionofEngineCoolingModule發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇的功用A/CCondenserRadiatorElectricCoolingFanModuleEngineShroudViscousDriveEngineDrivenFan用于發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等的水箱,冷凝器等的風(fēng)冷散熱.StructureofEngineCoolingModule發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇基本結(jié)構(gòu)

FAN風(fēng)扇MOTOR

電機(jī)SHROUD護(hù)風(fēng)圈Flapperdoor風(fēng)門按照電機(jī)數(shù)量分為:單風(fēng)扇和雙風(fēng)扇的冷卻風(fēng)扇總成按照裝配位置分為:吹風(fēng)式和吸風(fēng)式;按照電機(jī)調(diào)速方式可以分為:串電阻調(diào)速,串聯(lián)調(diào)速和PWM控制調(diào)速電子風(fēng)扇基本特性曲線——靜壓—流量曲線Ｑ～Ｐ—效率曲線η＝空氣功率／輸入功率

—轉(zhuǎn)速曲線n—功率曲線輸入功率Ｗ—電流曲線電流消耗有用的２條規(guī)律：

冷卻風(fēng)扇＂堵＂的越利害（風(fēng)阻大）時，流量越是小，功耗越是大，轉(zhuǎn)速越是低。因此減小一切可能的風(fēng)阻是設(shè)計(jì)高效冷卻系統(tǒng)必須時刻考慮的要素；風(fēng)扇的最高效率點(diǎn)在最大流量的0.55~0.70附近時，可以使保證系統(tǒng)效率最大化；空氣功率的計(jì)算：

Pf=Q*Ps其中Pf空氣／風(fēng)扇功率 (Watts)Q空氣流量(m3/sec)Ps靜壓(Pascal)ContentMotorBasicCFMBasicDesignofCFMsystem散熱系統(tǒng)的匹配發(fā)動機(jī)功率類型，型式散熱量要求水箱和電子風(fēng)扇匹配電機(jī)和風(fēng)扇匹配臺架試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)及修正確認(rèn)發(fā)動機(jī)的最大功率Ne發(fā)動機(jī)散熱量系數(shù)k汽油機(jī):0.85~0.95

柴油機(jī):0.60~0.75

增壓型：系數(shù)增加0.1~0.15散熱量QwQw=k*Ne*0.65初選水箱參數(shù)初選風(fēng)扇參數(shù)

功率，流量，風(fēng)阻幾何尺寸等初選電機(jī)參數(shù)初選風(fēng)扇參數(shù)

功率，流量，風(fēng)阻幾何尺寸等電機(jī)風(fēng)扇試驗(yàn)冷卻模塊試驗(yàn)發(fā)動機(jī)匹配試驗(yàn)

初步設(shè)計(jì)定型

關(guān)于發(fā)動機(jī)散熱量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以要求發(fā)動機(jī)供應(yīng)商提供例：估算110KW柴油發(fā)動機(jī)的冷卻風(fēng)扇模塊的主要性能參數(shù)發(fā)動機(jī)冷卻模塊校核發(fā)動機(jī)部分發(fā)動機(jī)功率NeKW110發(fā)動機(jī)類型柴油機(jī)是否有增壓No散熱功率系數(shù)0.65發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)系數(shù)0.5--0.750.62散熱功率KW44.3散熱功率kKal/h

38,124

水箱部分水箱進(jìn)水溫度℃82~11198水箱出水溫度℃82~9391冷卻水流速kg/s1~31.55水箱散熱量kKal/h39060

結(jié)果驗(yàn)證方案可行發(fā)動機(jī)功率類型，型式散熱量要求水箱2水箱1水箱和電子風(fēng)扇匹配風(fēng)冷部分水箱進(jìn)風(fēng)溫度℃25~5035水箱出風(fēng)溫度℃50~8570設(shè)定工作點(diǎn)靜壓Pa80~300150/220風(fēng)流量m3/h2700風(fēng)冷散熱量kKal/h38912

結(jié)果驗(yàn)證方案可行

尋找合適性能的水箱，確定工作點(diǎn)：提示：不要認(rèn)為現(xiàn)成的，裝的上就行，就是節(jié)??！水箱1輸出2700立方/小時的風(fēng)量所需的空氣功率為:2700/3600*220=165Wa水箱2所需的功率為2700/3600*150=112.5Wa由此可見水箱1需要的風(fēng)功率相對水箱2增加了52.5W（47%），折算到冷卻風(fēng)扇電機(jī)的輸入功率，增加了約175W。估算增加了CO2排放約4g/100Km!散熱系統(tǒng)的匹配Step2:匹配合適的風(fēng)扇總成

風(fēng)扇1與風(fēng)扇2相比，風(fēng)扇1的最大效率高于風(fēng)扇2最大工作效率；在工作點(diǎn)的處（150Pa），風(fēng)扇1的效率約為風(fēng)扇2效率的一半；選擇風(fēng)扇2是更優(yōu)的選擇。水箱和電子風(fēng)扇匹配電機(jī)和風(fēng)扇匹配風(fēng)扇1風(fēng)扇2結(jié)論：不能單獨(dú)的選擇風(fēng)扇總成，在確定水箱與風(fēng)扇性能要求前必須進(jìn)行風(fēng)扇與水箱的匹配，匹配的結(jié)果會極大地影響冷卻模塊的效率。水箱風(fēng)扇的選擇根據(jù)數(shù)據(jù)庫中各類風(fēng)扇的特性，選擇滿足幾何條件的合適的風(fēng)扇；選擇其工作轉(zhuǎn)速，如本例中轉(zhuǎn)速約為2800rpm的單風(fēng)扇，相應(yīng)的風(fēng)機(jī)的噪聲根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以預(yù)測為78分貝左右。風(fēng)扇和電機(jī)的匹配MotorEfficiency = Ps

Pin

FanEfficiency = Pf

Ps OverallEfficiency = Pf

Pin

典型值MotorEfficiency:BrushType55%to75%

FanEfficiency: AxialFlow30%to55%

OverallEfficiency:FanModule25%to40%SPEED(R.P.M.)CURRENT(AMPS)FANLINECURRENTSPEEDS1TORQUET1I1AMPS/SPEEDTORQUELOWSPEEDFANCURVECURRENTHIGHSPEED+-AB電機(jī)調(diào)速一：MotorswithResistorsAdvantages/Disadvantages(+/-)+TargetSpeedscanbeachieved+EfficientHighSpeed/-InefficientLowSpeed+ProvenWarrantyRecord(InProductionfor16years)TORQUELOWSPEEDFANCURVEHIGHSPEEDAMPS/SPEEDVoltsPWMOutput timeAverage+PWMControllerInputControlSignalOutput-電機(jī)調(diào)速二：PulseWidthModulation(PWM)Advantages/Disadvantages(+/-)+Targetspeed/multiplespeeds+EfficientHighSpeed,ModerateEfficiencyLowSpeed+Canbeaddedtoexistingmotor+Caneliminatemotorrelays-Requirescontrolsignal-Addedcomponent-CostofElectronics-EMCconcerns(duetoswitching)ContentMotorBasicCFMBasicDesignofCFMsystemTechnictrendofCFM1.PerformanceRequirements CurrentSpecs(asVDA)prescribea500hsalt-spraytest,morethandoublingthepreviousrequirements.

brushcommutationatitslimits(andbeyond!)2.E-cars

Water-cooledbatteriesrequireansubstantiallyhigherruntime

(morethan15Kh)

onlyachievablebyelectroniccommutation3.Economy Generaldemandformoreefficientvehicles:BLabout20%moreefficientthanbrushattypicalworkingconditions

fuelsavings,carcomponentsdownsizing4.Environment

LessCO2emission,avoidanceofcarbondustpollution

MorestringentEMCrequirements

TrendsintheCFMbusiness

ArgumentsforBrushlessDrives

EmergingMarketsMicroCarsMatureMarkets(CO2)Small-LuxuryCarsBroseInnovation:

Introductiono