純電動汽車水冷永磁同步電機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，研究機構及車企圍繞純電動汽車及其關鍵零部件開展大量了的研究及產業(yè)化工作。作為純電動汽車三大部件之一的驅動電機是其中的研究和開發(fā)的重點內容之一。由于純電動汽車的運行工況復雜，驅動電機在車用工況下的溫升問題顯得尤為突出。若驅動電機的溫升問題處理不好，則會影響電機的性能及壽命，從而影響整車的性能甚至安全性。因此研究工作在高扭矩、大功率等復雜工況條件下的高功率密度車用電機的熱特性及冷卻問題具有重要

2、的現(xiàn)實意義。
　　本文從整車工況及整車對電機的需求分析著手，以純電動汽車水冷永磁同步驅動電機在車用工況下“熱的來源-熱的分析-熱的處理”為主線，分別對電機損耗、電機穩(wěn)態(tài)溫度場、電機變工況溫度場及電機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化等問題進行了較為系統(tǒng)地研究。
　　首先，論文對新能源汽車類型及各自動力系統(tǒng)中所使用的電機特點進行了詳細分析;通過對車用工況的分析，抽象出兩種沖擊工況進行仿真及臺架試驗，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行實車測試;基于整車對象，根據(jù)整車性能需求，對該車用電機的選型及參數(shù)匹配進行了詳細分析，獲得了車用電機的具體參數(shù)。
　　其次，基于所選定的車用電機研究對象，重點研究了作為電機主要損耗之一的定子鐵芯損耗。通過定子鐵芯磁密分析，建立了一種更準確的定子鐵芯損耗計算模型。該模型綜合考慮了旋轉磁化、局部磁滯和諧波渦流帶來的鐵芯損耗，并引入了由大量實驗數(shù)據(jù)得到的修正系數(shù)來彌補其他因

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定子鐵芯損耗進行了計算，并通過電機實驗驗證了該模型的準確性。
　　再次，建立了軸向螺旋型永磁同步電機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算方法，完善了求解模型內相應邊界條件的計算和分析方法;據(jù)此仿真計算電機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，且搭建了溫升實驗平臺，通過仿真分析和實驗結果驗證了裝配間隙等效計算方法的準確性。對

5、比結果顯示，此結構電機的溫升較高，有待優(yōu)化。
　　最后，為了使電機的散熱效果更好，提高電機性能，對電機的軸向螺旋形水道進行優(yōu)化。本文設計了軸向Z字形、徑向Z字形和軸向工字形三種新水道結構，并通過對比，分析了三種新水道結構與軸向螺旋型水道結構的溫度場、速度場與壓力場的仿真結果，確定了軸向Z字形水道結構類型更優(yōu)，進而對軸向Z字型電機從水道數(shù)量、冷卻水流量及殼體材料三方面進行了優(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