电动汽车电机定子液冷流道结构优化分析

摘要

作为电动汽车核心部件之一的驱动电机，其发展趋于体积小型化、功率高密度化以及工作环境相对封闭化，这使得其产热和散热的问题研究成为电机结构设计所关心的重要课题。常规的风冷散热方式已难以满足冷却需求，所以需采用液冷方式对电机进行散热以保障电动汽车稳定而安全的运行。对液冷电机实验模型进行计算流体力学(CFD)热仿真计算;对实验模型进行实验;并对液冷电机的温升特性进行理论解析;通过三种研究方法所得结果的对比分析，以验证CFD热仿真方法的可靠性。
　　文章对液冷电机的不同冷却流道结构进行了对比分析，可分为串联结构与并联结构两类，其中串联结构包括轴向结构，平行结构和螺旋结构;并联结构分为将进出液口置于同侧和异侧两种。通过对不同冷却结构的电机定子模型进行CFD热仿真计算，得出各自的温升特性，从而对比分析各流道结构的优劣情况以及在实际应用中的取舍。
　　文章对冷却流道结构提出了三种不同的优化方法:一是对冷却流道横截面倒角进行优化;二是对加入流道中的直肋的结构参数进行细化的优化分析，包括厚度、高度、侧面倾斜角度三个方面;三是提出在冷却流道中加入扰流片以进行传热强化，并设计了多种扰流片结构方案。对于上述所有优化方案，均对其使用计算流体力学软件进行温度场与流场的仿真计算，通过对比各结构设计方案的优劣以得到最终的优化方案。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 本文的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究内容

第二章 电机定子的热特性分析

2．1 电机定子的组成

2．1．1 绕组

2．1．2 铁芯

2．1．3 机壳

2．1．4 冷却液

2．2 电机的生热机理

2．2．1 铁损耗计算

2．2．2 铜损耗计算

2．3 电机的散热机理

2．3．1 外表面散热系数

2．3．2 流道内湍流强制对流换热数学模型

2．3．3 电机内部空气的处理

2．3．4 水道热阻数学模型

2．4 本章小结

第三章 电机定子的CFD热仿真

3．1 热仿真

3．1．1 电机定子模型

3．1．2 仿真计算流程

3．1．3 电机定子稳态仿真

3．1．4 电机定子瞬态仿真

3．2 实验研究

3．2．1 实验平台的介绍

3．2．2 实验步骤及结果

3．3 电机定子温升的理论解析

3．4 三者结果对比分析

第四章 冷却结构的分析及优化

4．1 冷却结构对比分析

4．1．1 轴向结构

4．1．2 平行结构

4．1．3 螺旋结构

4．1．4 并联结构—进出液口同侧

4．1．5 并联结构—进出液口异侧

4．1．6 冷却结构对比分析

4．2 水道倒角

4．3 直肋的优化

4．3．1 肋片结构参数的优化

4．3．2 优化设计的理论解析

4．3．3 优化方案结论

4．4 扰流片的优化

4．4．1 物理模型

4．4．2 扰流片结构优化设计

4．4．3 优化结构的理论解析

4．4．4 优化设计结论

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况