新能源車用永磁同步電機(jī)散熱分析及散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

永磁同步電機(jī)具有體積小、功率密度高、效率高、轉(zhuǎn)速高］，此外高溫會降低永磁體的矯頑力，容易使永磁體發(fā)］液冷具有較高的冷卻效率，因此車用永磁同步電機(jī)多采用液文獻(xiàn)［6］和［7］建立了集中參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)法對電機(jī)的兲鍵部件的溫升文獻(xiàn)［8］采用有限元法對螺旋式水冷永磁同步電機(jī)進(jìn)行分析得到文獻(xiàn)［9］利用有限元法幵考慮殼體不定子鐵芯接觸熱阻對永磁同本文對一臺水冷永磁同步電機(jī)采用有限元法進(jìn)行熱獻(xiàn)資料中的邊界條件研究成果，對該電機(jī)的整體模型進(jìn)行有最后對該電機(jī)的水道結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，幵對優(yōu)化后的電本文以一臺額定功率70kW的車用水冷永磁同步電象，分析了電機(jī)的損耗來源，幵基于流體力學(xué)不傳熱在處理仿真模型時(shí)對繞組及氣隙域進(jìn)行了等效處理，考優(yōu)化后水道模型進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果顯示優(yōu)化最后，在電機(jī)測試臺架上對優(yōu)化水道后的電機(jī)進(jìn)行了溫升測試，將測試數(shù)據(jù)不仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，對比結(jié)果顯示繞組溫度兩者幾1.1永磁同步電機(jī)參數(shù)及模型4（1）（2）（3）為質(zhì)量力；T為流體溫度；k為流體傳熱系數(shù)；cp為定壓比熱容；（4）式中：λx、λy、λz為x、y、z方向的導(dǎo)熱系數(shù)；T為溫度；銅線中通入電流后，由于導(dǎo)體電阻的存在產(chǎn)生的發(fā)熱（5）（6）（7）Ch為磁滯損耗系數(shù)；Ce為渦流損耗系數(shù)；f為磁場交變頻率；銅耗的產(chǎn)生是由于銅線中通入電流產(chǎn)生的損耗，其（8）電機(jī)運(yùn)行過程中由于繞組發(fā)熱，其阻值也會隨溫度升高而（9）式中：R0為繞組在T0溫度下的電阻；α為電阻溫永磁體的損耗相較于鐵芯損耗和銅耗而言比較小，但由于在電機(jī)內(nèi)部，散熱條件差，較小的損耗也會產(chǎn)生很高的溫體積為V的永磁體產(chǎn)生的損耗可由下式［10］得到（10）式中：Pm為永磁體損耗；J為永磁體渦流密度；J*為永磁體渦流這些絕緣材料分布丌規(guī)則，幵且厚度較薄，很難進(jìn)行建（11）式中：λe為等效導(dǎo)熱系數(shù)；δi為絕緣材料的厚度；λi為絕緣材料的定轉(zhuǎn)子鐵芯由多片硅鋼片疊壓而成，硅鋼片間在疊壓方（12）式中：δ1為鐵芯長度；δ2為間隙大??；λ1為鐵芯導(dǎo)熱系數(shù)；λ2為1.6定轉(zhuǎn)子間氣隙的等效導(dǎo)熱系數(shù)仿真時(shí)若設(shè)置轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，氣隙隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而擾動，會隙等效導(dǎo)熱系數(shù)將氣隙擾動狀態(tài)下的傳熱等效為靜止氣隙的等效導(dǎo)熱系數(shù)根據(jù)氣隙空氣的流動狀態(tài)進(jìn)行處式按以下公式進(jìn)行［12-13］。（13）式中：Re為氣隙雷諾數(shù)；d1為轉(zhuǎn)子鐵芯外徑；（14）效導(dǎo)熱系數(shù)可以認(rèn)為就是空氣的導(dǎo)熱系數(shù)；當(dāng)雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù)時(shí)，流動狀態(tài)為湍流，等效導(dǎo)熱系數(shù)可表示為（15）轉(zhuǎn)過程的機(jī)械損耗；考慮輻射換熱的影響；行；25℃,出口設(shè)置為壓力出口。9銅從圖中可以看出電機(jī)最高溫度為103.33℃,最高溫度出現(xiàn)在這是因?yàn)橛来朋w置于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，散熱條件差，且永磁體芯之間涂有一層導(dǎo)熱系數(shù)低的樹脂材料用于固定永磁體，這也降從圖2（c）中可以看出繞組的溫度為97.73℃,最高溫度出現(xiàn)在水冷電機(jī)的熱量主要是由冷卻水循環(huán)帶走，因此冷卻在定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)丌發(fā)生改變的情況下，可以通過優(yōu)化水道強(qiáng)水道散熱能力，如路玲等人通過對軸向冷卻水套增加來增大散熱面積及增強(qiáng)流體擾動以優(yōu)化電機(jī)散熱［9］。本文通過在水道內(nèi)壁上增加內(nèi)凹曲面來擾動流體，在前述的邊界條件下對水道優(yōu)化后的電機(jī)模型進(jìn)行仿真表4為繞組不永磁體的仿真最高溫度對比，從表中可以看的最高溫度從99.73℃降到93.78℃,降低了5.95℃,永磁體最高溫度從103.33℃降至99.72℃,降低了3.61℃,優(yōu)化后的表4水道優(yōu)化前后繞組不永磁體最高溫度3.2溫升試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對比通常情況永磁同步電機(jī)繞組溫升較高，因此需要對繞組此外，永磁體放置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部且有熱退磁的風(fēng)險(xiǎn)，組上的傳感器布置在非出線端的端部，永磁試驗(yàn)過程中環(huán)境溫度為25℃,冷卻條件為8L/min，25℃?？诶鋮s溫度為25℃,本試驗(yàn)電機(jī)不控制器分別通入冷卻水。如圖6所示為試驗(yàn)和仿真溫升曲線，如表5所示為試驗(yàn)從圖6和表5的結(jié)果可以看出，繞組溫度仿真不試驗(yàn)具有致性，永磁體仿真不試驗(yàn)存在一定的偏差，仿真結(jié)果比試驗(yàn)結(jié)果低3.04℃,偏差為2.95%?？傮w而言，仿真不試驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性，說明仿最后，為驗(yàn)證該電機(jī)在實(shí)際車輛上的表現(xiàn)，對前述優(yōu)從圖7可以看出，該電機(jī)在各個(gè)循環(huán)下溫度變化趨勢穩(wěn)定，最高溫度為70℃,具有較丌錯的工況溫升表現(xiàn)。分析過程中考慮了鐵芯軸向?qū)嵯禂?shù)和徑向的丌同，繞組阻溫度變化而升