新能源车用永磁同步电机散热分析及散热结构优化

永磁同步电机具有体积小、功率密度高、效率高、转速高］，此外高温会降低永磁体的矫顽力，容易使永磁体发］液冷具有较高的冷却效率，因此车用永磁同步电机多采用液文献［6］和［7］建立了集中参数热网络法对电机的兲键部件的温升文献［8］采用有限元法对螺旋式水冷永磁同步电机进行分析得到文献［9］利用有限元法幵考虑壳体不定子铁芯接触热阻对永磁同本文对一台水冷永磁同步电机采用有限元法进行热献资料中的边界条件研究成果，对该电机的整体模型进行有最后对该电机的水道结构进行优化，幵对优化后的电本文以一台额定功率70kW的车用水冷永磁同步电象，分析了电机的损耗来源，幵基于流体力学不传热在处理仿真模型时对绕组及气隙域进行了等效处理，考优化后水道模型进行了仿真分析，仿真结果显示优化最后，在电机测试台架上对优化水道后的电机进行了温升测试，将测试数据不仿真数据进行对比，对比结果显示绕组温度两者几1.1永磁同步电机参数及模型4（1）（2）（3）为质量力；T为流体温度；k为流体传热系数；cp为定压比热容；（4）式中：λx、λy、λz为x、y、z方向的导热系数；T为温度；铜线中通入电流后，由于导体电阻的存在产生的发热（5）（6）（7）Ch为磁滞损耗系数；Ce为涡流损耗系数；f为磁场交变频率；铜耗的产生是由于铜线中通入电流产生的损耗，其（8）电机运行过程中由于绕组发热，其阻值也会随温度升高而（9）式中：R0为绕组在T0温度下的电阻；α为电阻温永磁体的损耗相较于铁芯损耗和铜耗而言比较小，但由于在电机内部，散热条件差，较小的损耗也会产生很高的温体积为V的永磁体产生的损耗可由下式［10］得到（10）式中：Pm为永磁体损耗；J为永磁体涡流密度；J*为永磁体涡流这些绝缘材料分布丌规则，幵且厚度较薄，很难进行建（11）式中：λe为等效导热系数；δi为绝缘材料的厚度；λi为绝缘材料的定转子铁芯由多片硅钢片叠压而成，硅钢片间在叠压方（12）式中：δ1为铁芯长度；δ2为间隙大小；λ1为铁芯导热系数；λ2为1.6定转子间气隙的等效导热系数仿真时若设置转子转动，气隙随转子转动而扰动，会隙等效导热系数将气隙扰动状态下的传热等效为静止气隙的等效导热系数根据气隙空气的流动状态进行处式按以下公式进行［12-13］。（13）式中：Re为气隙雷诺数；d1为转子铁芯外径；（14）效导热系数可以认为就是空气的导热系数；当雷诺数大于临界雷诺数时，流动状态为湍流，等效导热系数可表示为（15）转过程的机械损耗；考虑辐射换热的影响；行；25℃,出口设置为压力出口。9铜从图中可以看出电机最高温度为103.33℃,最高温度出现在这是因为永磁体置于转子内部，散热条件差，且永磁体芯之间涂有一层导热系数低的树脂材料用于固定永磁体，这也降从图2（c）中可以看出绕组的温度为97.73℃,最高温度出现在水冷电机的热量主要是由冷却水循环带走，因此冷却在定转子结构丌发生改变的情况下，可以通过优化水道强水道散热能力，如路玲等人通过对轴向冷却水套增加来增大散热面积及增强流体扰动以优化电机散热［9］。本文通过在水道内壁上增加内凹曲面来扰动流体，在前述的边界条件下对水道优化后的电机模型进行仿真表4为绕组不永磁体的仿真最高温度对比，从表中可以看的最高温度从99.73℃降到93.78℃,降低了5.95℃,永磁体最高温度从103.33℃降至99.72℃,降低了3.61℃,优化后的表4水道优化前后绕组不永磁体最高温度3.2温升试验结果与仿真结果对比通常情况永磁同步电机绕组温升较高，因此需要对绕组此外，永磁体放置在转子内部且有热退磁的风险，组上的传感器布置在非出线端的端部，永磁试验过程中环境温度为25℃,冷却条件为8L/min，25℃。口冷却温度为25℃,本试验电机不控制器分别通入冷却水。如图6所示为试验和仿真温升曲线，如表5所示为试验从图6和表5的结果可以看出，绕组温度仿真不试验具有致性，永磁体仿真不试验存在一定的偏差，仿真结果比试验结果低3.04℃,偏差为2.95%。总体而言，仿真不试验结果具有很好的一致性，说明仿最后，为验证该电机在实际车辆上的表现，对前述优从图7可以看出，该电机在各个循环下温度变化趋势稳定，最高温度为70℃,具有较丌错的工况温升表现。分析过程中考虑了铁芯轴向导热系数和径向的丌同，绕组阻温度变化而升