电动汽车用永磁同步电机水冷系统设计及温升分析

摘要

电动汽车驱动电机具有很高的功率密度，通常会带来严重的温升问题，从而对电机的运行性能、效率以及寿命产生显著影响。电动汽车驱动电机宜采用水冷方式进行有效的降温，水冷电机的温升不仅取决于电机内部复杂的热模型，也与水冷结构内的冷却介质流变特性密切相关，研究高性能水冷结构对提高电机功率密度和可靠运行具有重要的理论意义和应用价值。
　　 本文首先研究了一种高效率并联Ⅴ型水冷结构。首先基于流体力学基本理论，采用有限元的方法，对水冷结构进行了3D流场-温度场耦合数值分析。以提高流动均匀性、减小流阻和增大对流换热面积为目标对水路结构进行了优化，并且给出了水冷结构优化前后的性能比较。
　　 其次，基于传热学基本理论，采用等效热网络法将电机的径向截面温度场离散成23个集中参数的节点，建立了传热方程组进行温升求解和分析;建立了电机的3D稳态温度场有限元模型，进行数值分析，验证了等效热网路分析结果的正确性，并对永磁水冷电机内部的温升分布规律及传热特性进行了系统分析，研究了水冷翅片高度和进水流量对电机温升的影响。
　　 最后，以一台15kW的电动汽车驱动用永磁同步电机为样机，搭建了水冷-温升实验平台，实验研究了所设计水冷结构的流场特性，提出了温升实验方案。所设计水冷结构应用于实际电机产品，取得了良好的冷却效果。