微型電動汽車用感應(yīng)電機的冷卻系統(tǒng)研究.pdf

1、能源危機和環(huán)境污染的日益加劇,促進了電動汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展,微型電動汽車是其中一個重要的發(fā)展方向。微型電動汽車的驅(qū)動電機因其安裝空間有限,因而具有功率密度高和電流密度大的特點,但這也導(dǎo)致電機的溫升成為提高整車動力性能的主要限制因素之一。較高的溫升直接影響驅(qū)動電機運行的可靠性和使用壽命。因此,為保證驅(qū)動電機的安全穩(wěn)定運行,建立準確而有效的溫升計算方法,在此基礎(chǔ)上進行電機冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。本文以微型電動汽車用水

2、冷感應(yīng)電機為基礎(chǔ),深入研究了感應(yīng)電機的全域溫度場計算方法、冷卻系統(tǒng)對溫升的影響因素以及冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。
　　準確計算溫度場分布是保證電動汽車電機安全運行及合理設(shè)計其冷卻系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。本文分別構(gòu)建了微型電動汽車用水冷感應(yīng)電機等效熱網(wǎng)絡(luò)模型及三維溫度場計算模型,給出了其邊界條件、熱源損耗及換熱系數(shù)的計算方法。改進了導(dǎo)體與絕緣層多層交疊的定子槽繞組等效熱模型,基于該模型獲得的電機溫度分布與實際值更為接近。基于構(gòu)建的溫度場計算模型,

3、定量計算了電機全域穩(wěn)態(tài)溫度場分布及不同運行工況下的瞬態(tài)溫度分布,獲得了電機溫度分布規(guī)律,為電機冷卻方式設(shè)計及冷卻系統(tǒng)優(yōu)化提供了依據(jù)。對比分析了等效熱網(wǎng)絡(luò)法與三維有限元法的電機穩(wěn)態(tài)溫度計算結(jié)果,對應(yīng)用兩種方法指導(dǎo)電機設(shè)計的適用范圍給出評價,并搭建了電機溫升實驗平臺對分析結(jié)果加以驗證。
　　冷卻方式、介質(zhì)以及外部環(huán)境等因素直接影響電動汽車驅(qū)動電機的可靠性。本文針對不同冷卻方式、冷卻介質(zhì)和電機材質(zhì)的影響,采用三維有限元法計算了電機的穩(wěn)態(tài)

4、溫度場。對比分析了電機風(fēng)冷和液冷冷卻方式。液冷冷卻方式電機采用兩種冷卻結(jié)構(gòu):周向圓形結(jié)構(gòu)及軸向Z字形結(jié)構(gòu)。研究了籠型繞組感應(yīng)電機不同轉(zhuǎn)子材料及機殼材料下的溫度場分布;研究了冷卻介質(zhì)分別為水、變壓器油以及不同質(zhì)量濃度的乙二醇水溶液時電機的溫度分布規(guī)律。上述研究可為微型電動汽車用電機的優(yōu)化選擇提供重要參考。
　　冷卻系統(tǒng)中流體介質(zhì)的流速是決定電機散熱及系統(tǒng)冷卻效率的最重要因素。本文結(jié)合傳熱學(xué)及流體力學(xué)理論推導(dǎo)出水冷電機冷卻水流速與電機

5、內(nèi)部溫度的關(guān)系,從而獲得電機內(nèi)部溫度隨流速的變化規(guī)律,為設(shè)計合理流速值提供了理論依據(jù)?；跓峋W(wǎng)絡(luò)法計算了水冷感應(yīng)電機在額定點時不同冷卻水流速下電機內(nèi)部的溫度分布,對理論分析進行了數(shù)值仿真驗證和實驗測試。本文推導(dǎo)的流速設(shè)計理論公式可為定子表面水冷結(jié)構(gòu)的電機選擇最佳流速提供理論依據(jù)。
　　電動汽車水冷電機外部尺寸受限,冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響散熱效率。本文基于流體場及溫度場耦合分析,從水道數(shù)設(shè)計、相鄰水道連通口寬度、水道材料及形狀設(shè)計

6、等方面優(yōu)化了水冷電機冷卻系統(tǒng)。從理論上分別推導(dǎo)出軸向Z字形水路結(jié)構(gòu)水冷電機和周向圓形水路結(jié)構(gòu)水冷電機的水道數(shù)與散熱面積、對流換熱系數(shù)及流體流動阻力間關(guān)系式;基于CFX流體分析軟件計算了水冷感應(yīng)電機不同水道數(shù)時,流體流經(jīng)機殼的壓強損失及電機溫度分布;研究了不同機殼材料、相鄰水道連通口寬度及水道形狀時流阻、流速及電機溫度的分布規(guī)律;對比了軸向Z字形水路結(jié)構(gòu)水冷電機和周向圓形水路結(jié)構(gòu)水冷電機的冷卻能力;提出了冷卻系統(tǒng)優(yōu)化方案,數(shù)值仿真結(jié)果表明