純電動汽車水冷永磁同步電機(jī)多工況熱特性及冷卻系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，在節(jié)能減排需求及國家政策的牽引及支持下，研究機(jī)構(gòu)及車企圍繞純電動汽車及其關(guān)鍵零部件開展大量了的研究及產(chǎn)業(yè)化工作。作為純電動汽車三大部件之一的驅(qū)動電機(jī)是其中的研究和開發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。由于純電動汽車的運(yùn)行工況復(fù)雜，驅(qū)動電機(jī)在車用工況下的溫升問題顯得尤為突出。若驅(qū)動電機(jī)的溫升問題處理不好，則會影響電機(jī)的性能及壽命，從而影響整車的性能甚至安全性。因此研究工作在高扭矩、大功率等復(fù)雜工況條件下的高功率密度車用電機(jī)的熱特性及冷卻問題具有重要

2、的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文從整車工況及整車對電機(jī)的需求分析著手，以純電動汽車水冷永磁同步驅(qū)動電機(jī)在車用工況下“熱的來源-熱的分析-熱的處理”為主線，分別對電機(jī)損耗、電機(jī)穩(wěn)態(tài)溫度場、電機(jī)變工況溫度場及電機(jī)冷卻系統(tǒng)優(yōu)化等問題進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究。
　　首先，論文對新能源汽車類型及各自動力系統(tǒng)中所使用的電機(jī)特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析;通過對車用工況的分析，抽象出兩種沖擊工況進(jìn)行仿真及臺架試驗(yàn)，并且最終選擇NEDC(New European D

3、riving Cycle，新歐洲行駛工況)整車工況對研究成果進(jìn)行實(shí)車測試;基于整車對象，根據(jù)整車性能需求，對該車用電機(jī)的選型及參數(shù)匹配進(jìn)行了詳細(xì)分析，獲得了車用電機(jī)的具體參數(shù)。
　　其次，基于所選定的車用電機(jī)研究對象，重點(diǎn)研究了作為電機(jī)主要損耗之一的定子鐵芯損耗。通過定子鐵芯磁密分析，建立了一種更準(zhǔn)確的定子鐵芯損耗計(jì)算模型。該模型綜合考慮了旋轉(zhuǎn)磁化、局部磁滯和諧波渦流帶來的鐵芯損耗，并引入了由大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的修正系數(shù)來彌補(bǔ)其他因

4、素對鐵芯損耗造成的影響。利用此模型對額定工況和峰值工況下的電機(jī)定子鐵芯損耗進(jìn)行了計(jì)算，并通過電機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。
　　再次，建立了軸向螺旋型永磁同步電機(jī)的三維溫度場求解模型，提出了一種定子與殼體的裝配間隙等效計(jì)算方法，完善了求解模型內(nèi)相應(yīng)邊界條件的計(jì)算和分析方法;據(jù)此仿真計(jì)算電機(jī)工作在額定工況條件下的穩(wěn)態(tài)溫度場和沖擊工況條件下的動態(tài)溫度場，且搭建了溫升實(shí)驗(yàn)平臺，通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了裝配間隙等效計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。對

5、比結(jié)果顯示，此結(jié)構(gòu)電機(jī)的溫升較高，有待優(yōu)化。
　　最后，為了使電機(jī)的散熱效果更好，提高電機(jī)性能，對電機(jī)的軸向螺旋形水道進(jìn)行優(yōu)化。本文設(shè)計(jì)了軸向Z字形、徑向Z字形和軸向工字形三種新水道結(jié)構(gòu)，并通過對比，分析了三種新水道結(jié)構(gòu)與軸向螺旋型水道結(jié)構(gòu)的溫度場、速度場與壓力場的仿真結(jié)果，確定了軸向Z字形水道結(jié)構(gòu)類型更優(yōu)，進(jìn)而對軸向Z字型電機(jī)從水道數(shù)量、冷卻水流量及殼體材料三方面進(jìn)行了優(yōu)化，確定了最優(yōu)的水冷散熱系統(tǒng)。針對優(yōu)化后的水冷散熱系統(tǒng)，對