电动汽车用感应电机热磁耦合分析

摘要

能源短缺与环境污染等问题的显现，加快了新能源汽车技术的发展。感应电机由于其安全可靠、控制成本低、技术水平高、不存在高温退磁等优点成为新能源汽车，特别是纯电动汽车的重要动力之一。感应电机中定子绕组作为电机最容易损坏的部件，所以控制其温度在一定的温升限制内是电动汽车电机设计必须考虑的问题。
　　本文首先讨论了电机内铁芯损耗、绕组损耗、机械损耗和杂散损耗等的产生原理和计算方法。并且对电机内热传导、热对流和热辐射等传热方法进行分析，讨论电机传热过程的特点和应该注意的问题。
　　根据电磁场理论建立三相鼠笼异步电机的场路耦合模型，首先利用Maxwell软件分析电机定转子气隙、定子铁芯外径和定转子轴向长度对电机电磁性能的影响，并利用分析优化后的结果进行瞬态电磁场分析，研究电机的启动性能变化和电机的磁力线分布和磁密分布。计算了优化后电机的各项损耗数据，还对影响电机温升计算的电机漆包线、定转子气隙、定子槽绝缘等部件做了等效处理，简化了电机求解模型。
　　根据感应电机结构特点建立电机三维简化模型。研究了在总流量一定的情况下电机机壳内部流道数对电机温度分布的影响，研究发现流道数越大，电机绕组温升越低。并在此基础上，还研究了机壳流道内液体流速对电机内温度分布的影响。流体流速越大，散热效果越好，定子绕组温度越低。槽顶绕组有效部分温度梯度变小，槽底绕组温度梯度变大。在强制对流条件下，对流体介质进行分析，通过仿真得到不同比例乙二醇水混合液、水和油对电机温度分布的影响，随着混合液中乙二醇比例的升高，流体的冷却效果变差，但增大了电机的温度使用范围。
　　最后还研究了流道结构对电机温度的影响。本文提出了一种简化机壳模型，利用正交分析法，得到翅片高度、宽度、个数和肋板宽度对机壳温度的影响。通过模拟分析，验证了最优方案的正确性。还仿真了在相同环境下，优化后流道结构对电机温度分布的影响。可以得到优化流道结构模型能明显改善机壳散热性能，降低定子绕组的温度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 电机冷却技术研究现状

1．2．1 电机冷却国内研究现状

1．2．2 电机冷却国外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 电机电磁与传热学基础理论

2．1 电机生热机理

2．1．1 铁芯内损耗

2．1．2 绕组内损耗

2．1．3 机械损耗

2．1．4 杂散损耗

2．2 电机内热交换的传热理论

2．2．1 热传导

2．2．2 对流传热

2．2．3 辐射传热

2．2．4 边界条件

2．3 本章小结

3．1 电机建模

3．2 电机结构参数优化分析

3．2．1 气隙长度对电机性能的参数化分析

3．2．2 定子外径对性能的参数化分析

3．2．3 定转子轴向长度对对性能的参数化分析

3．3 最优状态下性能分析

3．3．1 边界条件和假设

3．3．2 电机工作特性分析

3．3．3 电机磁场分析

3．3．4 额定状态下电机损耗分析

3．4 本章小结

第四章 液冷工作参数对电机温度场影响

4．1 三维模型的建立与网格剖分

4．2 材料模型及边界条件设定

4．2．1 电机各部件材料相关参数的确定

4．2．2 定转子气隙导热系数计算

4．2．3 定子槽导热系数的修正

4．2．4 铁芯导热系数的修正

4．2．5 边界条件的确定

4．3 流道数对电机温升的影响

4．4 水道流速对电机温升的影响

4．4．1 流动模型的选择

4．4．2 流速对温度场分布的影响

4．5 流体介质对电机温升的影响

4．5．1 流体物性参数的确定

4．5．2 介质变化时电机的温度分布

4．6 本章小结

第五章 电机机壳流道设计及其优化

5．1 机壳流道模型的建立

5．2 流道结构优化

5．3 电机区域温度场验证分析

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果