汽车电动轮独立散热设计及内外流场计算分析

发布时间：2020-05-13 22:10

【摘要】：汽车电动轮技术极大地简化了电动车辆的机械传动部分,具有驱动传动链短、传动效率高、结构紧凑等优点,同时也存在散热环境差、散热困难的难题。本文以采用多级永磁同步电机并联工作的电动轮为研究对象,以开发具有完全独立散热体系的电动轮分布式驱动系统为目标,针对电动轮损耗生热、散热方式设计与选择、温升分布、内外流场仿真以及散热结构优化等问题进行了详细的研究和分析。主要研究内容如下:(1)对电动轮中子电机各部件功率损失的产生原因和分布情况进行了分析,明确了具有完全独立散热体系的电动轮的散热需求,为后续温度场分析和散热结构设计提供依据。(2)在总结目前电机主要散热技术基础上,结合电动轮工作环境和特点,提出了类似于制冷循环的电动轮热交换系统,并对其可行性进行了探讨。结合目前技术条件对比分析后,最终选择了独立风冷散热方式。(3)针对独立风冷散热电动轮的双定子电机模型,应用Fluent软件作为仿真手段,建立了温度场和流场的仿真模型,计算得到了电机温升分布情况和内部流场特性,进一步提出了改善电机散热效果的途径。(4)对整车工作环境条件下电动轮的外流场进行了计算,分析了电动轮外部流场特性,研究了电动轮外流场的分布对其散热效果的影响,为优化电动轮散热性能提供了方向。(5)进一步研究独立风冷散热电动轮散热性能的影响因素,包括外界环境温度、风速以及电机壳体的散热翅片的形状、密度、排列角度参数。通过对比分析和优化,提出了具有提高电机壳体对流换热系数、改善电动轮散热性能作用的翅片设计方案。本论文研究的汽车电动轮独立散热设计及内外流场计算分析方法,为简化电动轮系统结构提出了一种途径,同时对于采用非独立散热系统的电动轮设计也具有参考价值。
【图文】：

转子风扇

图 3.1 转子风扇结构Fig.3.1 Structure of rotor fan立流场仿真模型，应对电机内部空动的动力源为转子风扇，由于转子，导致环流通道内的空气层中存在附近的空气产生轴向速度，部分空另一部分空气在流动方向上会受到气处于急剧变化的湍流状态，所以周围的流体具有很大的旋转速度，用，周向速度较小且梯度变化较大，需要采用滑移网格（sliding mesh。

内部流场,速度矢量,云图,电机

(a) 速度矢量图 (b) 速度云图及流线图图 3.3 电机内部流场速度云图及速度矢量图Fig.3.3 Velocity contour and velocity vector for the motor’s internal flow field电机内流场的速度矢量图显示，流场内最高速度出现在转子附近，尤其是转子风扇孔顶端以及气隙处，，表明流动的气体在转子和旋转结构附近产生。电机内空气通过转子的旋转形成环流，但在由于电机内部结构紧凑，空间狭小，空气在与内部结构的碰撞中产生了一些速度较低的涡流。3.4.2 温度场分析图 3.5 给出了电机转速为3000r/min时，其主要部件的平均温度分布云图，其中绕组、定子铁芯、转子和永磁体的温度较高，而温度最高的为电机绕组。这是由于线圈中较高电流产生了较高的铜损，这与电机在该条件下对高转矩特性的要求有关。线圈部分的热量集中会损坏绝缘体，降低永磁体部分的磁通密度，从而降低输出功率。因此，电机内热源产生的热量必须及时传递交换至外界，才能保证其可靠运行。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】