液冷复合式车用开关磁阻电机散热性能研究

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电机是新能源汽车的核心部件,随着新能源汽车的发展,电机越来越受到人们的关注。开关磁阻电机具有运行转矩大、低损耗、高效率、调速范围广等优点,与其它类型电机相比,在电动汽车领域有很大的潜在优势,但由于其绕组散热面积小,温升问题严重,因此对其进行散热性能分析是十分有必要的。本文以液冷开关磁阻电机作为研究对象,分析了进/出液口位置对并联流道散热性能的影响,针对液冷式散热结构的不足,提出液冷复合式散热结构,并对其散热性能进行了研究。首先,总结了国内外电机散热方案,对强制风冷、液冷等较常见的电机冷却方式进行了阐述。基于电机学、传热学、流体力学等基础知识,介绍了液冷开关磁阻电机热分析时所需要的基础理论,主要包括电机结构及工作原理、热传导、对流传热、热量传递补充条件及流体力学控制方程等。接着,在Ansoft Maxwell软件中建立电机二维电磁模型,并将电机各部件材料热物性参数赋予该模型。分析了额定转速下不同位置磁力线与磁通密度分布,并结合经验公式求得电机各项损耗值以及热源部件定、转子及绕组的生热率。然后,对电机相应部分的导热及换热系数进行了计算。建立液冷式电机三维简化模型,以乙二醇溶液体积浓度、外界环境温度、流体流量作为影响因子,以电机最高温度、流道压差作为评价指标,对比研究了三种并联流道结构散热性能,并分析了各影响因子对电机散热及流道压差影响,综合考虑冷却性能及流道压差,优化了并联流道进/出液口位置、流体介质、流体流量。最后,针对液冷式散热结构的不足,在并联流道结构基础上提出在定子及绕组端部填充导热硅胶的液冷复合式电机散热结构。在考虑前后端盖及空气域的条件下,建立了液冷复合式电机三维简化模型,并以导热硅胶型号、流体初始温度、导热硅胶位置作为影响因素设计了正交试验,以定子及绕组最高温度作为试验指标,得到了不同试验下的电机温度场,并对仿真结果进行极差与方差分析,得到了试验指标在各因素水平下的波动程度及最优因素水平组合。
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