汽車散熱器風扇扇設計匹配方法

車用冷卻風扇基礎

ContentMotorBasic電機基礎CFMBasic冷卻風扇基礎DesignofCFMsystem冷卻模塊的設計校核TechnictrendofCFM冷卻風扇的發(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汽車用電機直流永磁電動機基本結構繞組定子轉子／電樞電刷彈簧繞組電刷電刷組件端蓋軸承機殼磁瓦電刷引線刷盒Eg

+-raIUMotorEquation電機基本公式TilT,STTSn,I,ηI0SnltSnlIS根據上面簡化圖，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,風阻,磁阻和內電阻的損耗I2R,電機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)動機冷卻風扇的功用A/CCondenserRadiatorElectricCoolingFanModuleEngineShroudViscousDriveEngineDrivenFan用于發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)和空調系統(tǒng)等的水箱,冷凝器等的風冷散熱.StructureofEngineCoolingModule發(fā)動機冷卻風扇基本結構

FAN風扇MOTOR

電機SHROUD護風圈Flapperdoor風門按照電機數(shù)量分為:單風扇和雙風扇的冷卻風扇總成按照裝配位置分為:吹風式和吸風式;按照電機調速方式可以分為:串電阻調速,串聯(lián)調速和PWM控制調速電子風扇基本特性曲線——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：

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

Pf=Q*Ps其中Pf空氣／風扇功率 (Watts)Q空氣流量(m3/sec)Ps靜壓(Pascal)ContentMotorBasicCFMBasicDesignofCFMsystem散熱系統(tǒng)的匹配發(fā)動機功率類型，型式散熱量要求水箱和電子風扇匹配電機和風扇匹配臺架試驗驗證設計及修正確認發(fā)動機的最大功率Ne發(fā)動機散熱量系數(shù)k汽油機:0.85~0.95

柴油機: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)初選風扇參數(shù)

功率，流量，風阻幾何尺寸等初選電機參數(shù)初選風扇參數(shù)

功率，流量，風阻幾何尺寸等電機風扇試驗冷卻模塊試驗發(fā)動機匹配試驗

初步設計定型

關于發(fā)動機散熱量的經驗數(shù)據可以要求發(fā)動機供應商提供例：估算110KW柴油發(fā)動機的冷卻風扇模塊的主要性能參數(shù)發(fā)動機冷卻模塊校核發(fā)動機部分發(fā)動機功率NeKW110發(fā)動機類型柴油機是否有增壓No散熱功率系數(shù)0.65發(fā)動機工作點系數(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

結果驗證方案可行發(fā)動機功率類型，型式散熱量要求水箱2水箱1水箱和電子風扇匹配風冷部分水箱進風溫度℃25~5035水箱出風溫度℃50~8570設定工作點靜壓Pa80~300150/220風流量m3/h2700風冷散熱量kKal/h38912

結果驗證方案可行

尋找合適性能的水箱，確定工作點：提示：不要認為現(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需要的風功率相對水箱2增加了52.5W（47%），折算到冷卻風扇電機的輸入功率，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:匹配合適的風扇總成

風扇1與風扇2相比，風扇1的最大效率高于風扇2最大工作效率；在工作點的處（150Pa），風扇1的效率約為風扇2效率的一半；選擇風扇2是更優(yōu)的選擇。水箱和電子風扇匹配電機和風扇匹配風扇1風扇2結論：不能單獨的選擇風扇總成，在確定水箱與風扇性能要求前必須進行風扇與水箱的匹配，匹配的結果會極大地影響冷卻模塊的效率。水箱風扇的選擇根據數(shù)據庫中各類風扇的特性，選擇滿足幾何條件的合適的風扇；選擇其工作轉速，如本例中轉速約為2800rpm的單風扇，相應的風機的噪聲根據表中數(shù)據可以預測為78分貝左右。風扇和電機的匹配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電機調速一：MotorswithResistorsAdvantages/Disadvantages(+/-)+TargetSpeedscanbeachieved+EfficientHighSpeed/-InefficientLowSpeed+ProvenWarrantyRecord(InProductionfor16years)TORQUELOWSPEEDFANCURVEHIGHSPEEDAMPS/SPEEDVoltsPWMOutput timeAverage+PWMControllerInputControlSignalOutput-電機調速二：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