Electrification and energy efficiency are two important aspects in present scenarios describing a sustainable future. Electric motors constitute a large fractionof industry’s electricity demand today, and it is expected to remain high inthe future. Electrification of the transport sector is expected in a sustainabledevelopment scenario, leading to a large increase in electric vehicles. Theirpropulsion systems will contain one or several motors.Development of new energy efficient motors and generators requires highresolution methods for studying and describing heat transfer phenomena. Thissince temperature level affects a motors efficiency and effective and efficientcooling allows for using less active material in the motor.In this work simulations of temperature distribution in a motor for tractionapplications are performed with different specifications of the loss distributionand distribution of coolant flow. Simulation results are compared to measuredvalues. The comparison shows how the simulation results differ in comparisonto the measurements. It can be concluded that attention needs to be paid tohow the simulation is defined when comparing to measured data.In establishing high resolution simulation approaches, the heat transfersystem constituting of an impinging jet on a flat plate is considered as aprototype problem. A Large-Eddy Simulation (LES) approach is employed tostudy the heat transfer and gather heat transfer data. Statistical analysis ofsampled heat transfer data shows behavior which is previously unpublished.The application of Proper Orthogonal Decomposition (POD), on the heattransfer field, and Extended Proper Orthogonal Decomposition (EPOD), linkingheat transfer modes with fluid flow modes, regarding the impinging jet systemis performed for the first time. The results show a clear correlation betweenstructures in the heat transfer field and structures in the fluid flow field.The investigated simulation methods and approaches can be employed instudies of heat transfer in electric machines.

In order to meet the need for increased electrification, and at the same time reduce the total demand for electric energy, behavior change and technological innovation is needed. Over the decades power density of electric motors have increased, leading to increased demands on the cooling system design and performance. The need for reduced energy demand, increased efficiency, and continued increase in performance require continuous development effort regarding cooling systems, understanding of temperature distributions and heat transfer, and thermal simulation tools applicable in the motor manufacturing industry.

    A study on how simulation assumptions affect the resolved temperature field in a traction motor prototype is presented. Here different assumptions regarding loss distributions and air flow distributions are considered. The study illustrates how different simulation assumptions affect the temperature field, and how the results compare to measurements.

    Application of numerical methods for resolving heat transfer, and how the heat transfer is linked to features in the fluid flow, is presented. An air jet impinging on a heated surface is investigated through the application of Large Eddy Simulations (LES) and obtained data processed using the Extended Proper Orthogonal Decomposition (EPOD) method. The study shows the link between structures in the flow and the associated structures in heat transfer. 

    Thermal analysis is an integral part of the motor design and dimensioning process. The method employed in theses studies is often the Lumped Parameter Thermal Network (LPTN). In this work a prototype method for automatic calibration of an LPTN, based on external temperature data, is presented. Application of Computational Fluid Dynamics (CFD) in computing input data needed for LTPNs is presented, where an extension to existing heat transfer correlations related to the end-winding of a form-wound machine is suggested.

    The studies are aiming at enabling advancing the prediction capability of heat transfer and temperature simulation methods applied in analysis of electrical machines.

För att möta behovet av utökad elektrifiering, samtidigt som energibehovet behöver reduceras, krävs både beteendeförändringar och teknologisk innovation. Effekttätheten i roterande maskiner har ökat under decennierna, vilket leder till förhöjda krav på kylningsystemens utformande och prestanda. Kombinationen av behovet av minskning av energibehov, höjd verkningsgrad samt ökade prestandakrav, kräver kontinuerlig utveckling av kylsystem, förståelse av temperaturfördelning och värmeöverföring, samt simuleringsverktyg tillämpbara i motortillverkningsindustrin. 

    En studie av hur antaganden i definieringen av simuleringar påverkar den erhållna temperaturprofilen presenteras i denna avhandling. Studien utfördes med utgångspunkt från en traktionsmotorprototyp. Olika antaganden gällande förlustfördelning och fördelning av kylluftflöde beaktades. Studien illustrerar hur olika antaganden påverkar det simulerade temperaturfältet, och hur resultaten står sig i jämförelse med mätningar. 

    Numeriska metoder för upplösning av värmeöverföring och hur denna är kopplad till strukturer i fluiden presenteras. En luftstråle som infaller på en uppvärmd plan yta studerades med hjälp av Large Eddy Simulation (LES) och erhållen data behandlades med Extended Proper Orthogonal Decompositon (EPOD). Studien visar på kopplingen mellan strukturer i flödet och strukturer i värmeöverföringen. 

    Termisk analys är en viktig del av design- och dimensioneringsprocessen för en motor. En vanligt förekommande metod för detta är termiska nätverk. I denna avhandling presenteras en prototyp till en method för automatisk kalibrering av termiska nätverk, där kalibrering sker mot en extern källa till temperaturdata. Tillämpning av Computational Fluid Dynamics (CFD) för att beräkna in-data till termiska nätverk presenteras också, där en utökning av befintliga korrelationer för värmeöverföring vid lindningsutsticken hos formlindade maskiner föreslås.

    Studierna ämnar till att möjliggöra förbättra predikteringsförmågan hos värmeöverförings- och temperatursimuleringsmetoder tillämpade vid analys av elektriska maskiner.