电动汽车轮毂电机温升与冷却特性仿真研究

发布时间：2020-09-29 07:37

　　在能源危机与环境恶化的大背景下,大力发展电动汽车并以此来取代传统内燃机车已经成为国家的战略性规划。近年来,在国家相关政策的扶持与推动下,电动汽车进入了迅速发展的新阶段。轮毂电机驱动系统是电驱动技术的一种,由车轮内装电机直接驱动车轮,具有动力性能优越、传动效率高、便于实现主动控制和车身造型自由度大等优点,被誉为是电动汽车最理想的驱动方式。汽车行驶工况复杂,要求轮毂电机具备较高的功率,来满足起步、爬坡和加速的需求,同时轮毂电机独特的安装位置和狭小的安装空间要求其具有更加紧凑和轻量化的结构,从而使得轮毂电机的生热与散热较其他驱动电机更加严峻。电机中的绝缘材料和永磁体对温度的变化较为敏感,过高的温升会造成永磁体的退磁和绝缘材料的失效,从而降低电机的工作性能和寿命。因此,轮毂电机的温升与散热已成为制约轮毂电机运用和发展的关键性问题。本文选取某外转子轮毂电机作为研究对象,针对轮毂电机的温升与冷却问题展开了深入的研究。本文的研究按三部分内容展开,第一部分主要进行了电机损耗的计算,准确的计算热损耗是进行电机温度场分析的和散热结构设计的基础和依据。本文在电机电磁场理论的基础上,结合有限元仿真方法,进行了电动汽车典型行驶工况下电机损耗的计算和分析。得到了不同转速和过载倍数下电机的损耗分布,结果表明,随着转速和过载倍数的增加,电机整体损耗呈上升趋势,因此高转速和大过载倍数工况是进行温度场分析和散热设计时应该重点关注的工况;第二部分进行了不同工况下自然风冷电机的温度场分析,并针对过热工况进行了电机水冷系统初步设计。最后对比分析了不同冷却方式和不同冷却结构下,电机的温度场分布和冷却效率。结果表明,风冷仅能满足低转速和低负载工况的散热需求,高速和大过载倍数下会造成电机过热;水冷具有较高的冷却效率,是轮毂电机较为理想的冷却结构。为了获得较高的冷却效率和较低的冷却系统能耗,第三部分在初步设计的液冷结构上进行了优化设计,归纳总结得到了冷却介质参数和管路结构参数对电机温度场和冷却系统流体场的影响规律。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：

电机定子

项目参数项目参数电机类型永磁同步电机转子内径 308 mm额定功率 9 KW 硅钢片材料 DW315_50额定电压 300 V 硅钢片叠压系数 0.95额定频率 130 HZ 气隙长度 0.8 mm电机效率 95% 磁极结构表贴式磁极绕组形式双层、星接磁极数 24绕组电阻 0.0804439 Ω 永磁体径向长度 5 mm定子槽数 27 永磁体材料 NdFeB定子槽型梨形槽相对磁导率 1.11504转子结构外转子电机绝缘等级 F 级绝缘定子齿

仿真模型,定子槽,硅钢片,永磁体

云图,磁通密度,额定转速,云图

即磁密按非正弦波形变化下的铁耗计算表达式为： 2 2 1 5 1 52 1 50 0. .T Tn t .n tFe h m e exdB dB dB dBP k fB k f d k f dd d d d （2.6）式中，为转子旋转角，单位 rad；2）铁损计算铁损的计算主要包括定子铁损和转子铁损的计算，由铁损计算公式可知，铁损系数和磁密幅值是进行铁损计算的关键。如图 2.3 所示为额定转速不同转子位置电机的磁密分布云图，从图中可以看出电机的磁密幅值随着电机转子位置的变化而变化，磁密最大值出现在定子齿尖位置，定子齿部的磁密值较定子轭部大。定子齿部和定子轭部磁通密度分布的差异，会引起损耗分布的差异，所以铁芯中轭部和齿部的基本损耗应该分别计算[6]。

【参考文献】