汽车散热器风扇扇设计匹配方法

车用冷却风扇基础

ContentMotorBasic电机基础CFMBasic冷却风扇基础DesignofCFMsystem冷却模块的设计校核TechnictrendofCFM冷却风扇的发展趋势QuestionandAnswer问题讨论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汽车用电机直流永磁电动机基本结构绕组定子转子／电枢电刷弹簧绕组电刷电刷组件端盖轴承机壳磁瓦电刷引线刷盒Eg

+-raIUMotorEquation电机基本公式TilT,STTSn,I,ηI0SnltSnlIS根据上面简化图，电路平衡公式：U=I*Ra+Eg其中：UVoltage电压ICurrent电流RaResistance.电枢内阻EgCounterEMF反电势Inputpower输入功率

Pin=U*I(Watts)其中U输入电压;I电流由于摩擦阻力,风阻,磁阻和内电阻的损耗I2R,电机的输出功率小于输入功率:Outputpower(shaftpower)输出(轴)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发动机冷却风扇的功用A/CCondenserRadiatorElectricCoolingFanModuleEngineShroudViscousDriveEngineDrivenFan用于发动机的冷却系统和空调系统等的水箱,冷凝器等的风冷散热.StructureofEngineCoolingModule发动机冷却风扇基本结构

FAN风扇MOTOR

电机SHROUD护风圈Flapperdoor风门按照电机数量分为:单风扇和双风扇的冷却风扇总成按照装配位置分为:吹风式和吸风式;按照电机调速方式可以分为:串电阻调速,串联调速和PWM控制调速电子风扇基本特性曲线——静压—流量曲线Ｑ～Ｐ—效率曲线η＝空气功率／输入功率

—转速曲线n—功率曲线输入功率Ｗ—电流曲线电流消耗有用的２条规律：

冷却风扇＂堵＂的越利害（风阻大）时，流量越是小，功耗越是大，转速越是低。因此减小一切可能的风阻是设计高效冷却系统必须时刻考虑的要素；风扇的最高效率点在最大流量的0.55~0.70附近时，可以使保证系统效率最大化；空气功率的计算：

Pf=Q*Ps其中Pf空气／风扇功率 (Watts)Q空气流量(m3/sec)Ps静压(Pascal)ContentMotorBasicCFMBasicDesignofCFMsystem散热系统的匹配发动机功率类型，型式散热量要求水箱和电子风扇匹配电机和风扇匹配台架试验验证设计及修正确认发动机的最大功率Ne发动机散热量系数k汽油机:0.85~0.95

柴油机:0.60~0.75

增压型：系数增加0.1~0.15散热量QwQw=k*Ne*0.65初选水箱参数初选风扇参数

功率，流量，风阻几何尺寸等初选电机参数初选风扇参数

功率，流量，风阻几何尺寸等电机风扇试验冷却模块试验发动机匹配试验

初步设计定型

关于发动机散热量的经验数据可以要求发动机供应商提供例：估算110KW柴油发动机的冷却风扇模块的主要性能参数发动机冷却模块校核发动机部分发动机功率NeKW110发动机类型柴油机是否有增压No散热功率系数0.65发动机工作点系数0.5--0.750.62散热功率KW44.3散热功率kKal/h

38,124

水箱部分水箱进水温度℃82~11198水箱出水温度℃82~9391冷却水流速kg/s1~31.55水箱散热量kKal/h39060

结果验证方案可行发动机功率类型，型式散热量要求水箱2水箱1水箱和电子风扇匹配风冷部分水箱进风温度℃25~5035水箱出风温度℃50~8570设定工作点静压Pa80~300150/220风流量m3/h2700风冷散热量kKal/h38912

结果验证方案可行

寻找合适性能的水箱，确定工作点：提示：不要认为现成的，装的上就行，就是节省！水箱1输出2700立方/小时的风量所需的空气功率为:2700/3600*220=165Wa水箱2所需的功率为2700/3600*150=112.5Wa由此可见水箱1需要的风功率相对水箱2增加了52.5W（47%），折算到冷却风扇电机的输入功率，增加了约175W。估算增加了CO2排放约4g/100Km!散热系统的匹配Step2:匹配合适的风扇总成

风扇1与风扇2相比，风扇1的最大效率高于风扇2最大工作效率；在工作点的处（150Pa），风扇1的效率约为风扇2效率的一半；选择风扇2是更优的选择。水箱和电子风扇匹配电机和风扇匹配风扇1风扇2结论：不能单独的选择风扇总成，在确定水箱与风扇性能要求前必须进行风扇与水箱的匹配，匹配的结果会极大地影响冷却模块的效率。水箱风扇的选择根据数据库中各类风扇的特性，选择满足几何条件的合适的风扇；选择其工作转速，如本例中转速约为2800rpm的单风扇，相应的风机的噪声根据表中数据可以预测为78分贝左右。风扇和电机的匹配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电机调速一：MotorswithResistorsAdvantages/Disadvantages(+/-)+TargetSpeedscanbeachieved+EfficientHighSpeed/-InefficientLowSpeed+ProvenWarrantyRecord(InProductionfor16years)TORQUELOWSPEEDFANCURVEHIGHSPEEDAMPS/SPEEDVoltsPWMOutput timeAverage+PWMControllerInputControlSignalOutput-电机调速二：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