本文以一臺額定功率為50 kW的車用油冷電機為研究對象，建立電機熱仿真模型，通過有限元仿真軟件，得到了電機工作在額定工況下的溫度場；搭建電機溫升實驗平臺驗證仿真結果的準確性，并對熱仿真過程進行修正。

1 電機參數與熱仿真模型

1.1 電機參數

本文研究對象為一臺額定功率為50 kW的車用永磁同步電機，冷卻方式為直接油冷。電機的基本參數如表1所示。

表1 電機的基本參數

1.2 電機物理模型

由于電機運行過程中發熱主體為電機定子，而轉子發熱小，故本文以電機定子為研究對象。在三維軟件中建立電機的三維模型如圖1所示，其包括電機殼體、定子鐵心、等效繞組及兩根進油管。兩根進油管靠近繞組一側均布11個出油孔，冷卻油經兩根進油管進入，直接噴灑在繞組端部；出油口位于電機左側，左側的油直接由出油口流出；電機內右側的油經電機定轉子間氣隙、定子鐵心與殼體鑲嵌結構間隙，流至電機左側，再由出油口流出。

圖1 電機物理模型

1.3 流體域等效處理

本文將電機內的流體域等效成一個整體，如圖2所示。流體域中的物質以液態油為主，其材料參數先按液態油設置，后面再做修正。冷卻油的材料參數如表2所示。

圖2 流體域等效處理圖

表2 冷卻油材料參數

1.4 數學模型

對所研究的電機三維溫度場進行數值分析并建立數學模型。由傳熱學基本理論知識，設介質各向同性，在直角坐標系下求解域內三維瞬態導熱微分方程及其邊界條件可表示:

表3 額定工況下的各部分損耗值

2 電機溫度場仿真與分析

(a)求解域內電機溫度場云圖

(b)繞組溫度場云圖

(c)定子鐵心溫度場云圖

圖3 仿真結果

3 溫升實驗與熱仿真模型修正

3.1 電機溫升實驗

圖4 電機溫升實驗臺

圖5 仿真與實驗溫升對比曲線

3.2 熱仿真模型修正

圖6 修正仿真結果1

圖7 修正仿真結果2

4 結 語

本文以一臺額定功率為50 kW的車用油冷電機為研究對象，建立電機熱仿真模型，通過有限元仿真軟件，得到了電機工作在額定工況下的溫度場；搭建電機溫升實驗平臺驗證仿真結果的準確性，并對熱仿真過程進行修正。

1 電機參數與熱仿真模型

1.1 電機參數

本文研究對象為一臺額定功率為50 kW的車用永磁同步電機，冷卻方式為直接油冷。電機的基本參數如表1所示。

表1 電機的基本參數

1.2 電機物理模型

由于電機運行過程中發熱主體為電機定子，而轉子發熱小，故本文以電機定子為研究對象。在三維軟件中建立電機的三維模型如圖1所示，其包括電機殼體、定子鐵心、等效繞組及兩根進油管。兩根進油管靠近繞組一側均布11個出油孔，冷卻油經兩根進油管進入，直接噴灑在繞組端部；出油口位于電機左側，左側的油直接由出油口流出；電機內右側的油經電機定轉子間氣隙、定子鐵心與殼體鑲嵌結構間隙，流至電機左側，再由出油口流出。

圖1 電機物理模型

1.3 流體域等效處理

本文將電機內的流體域等效成一個整體，如圖2所示。流體域中的物質以液態油為主，其材料參數先按液態油設置，后面再做修正。冷卻油的材料參數如表2所示。

圖2 流體域等效處理圖

表2 冷卻油材料參數

1.4 數學模型

對所研究的電機三維溫度場進行數值分析并建立數學模型。由傳熱學基本理論知識，設介質各向同性，在直角坐標系下求解域內三維瞬態導熱微分方程及其邊界條件可表示:

表3 額定工況下的各部分損耗值

2 電機溫度場仿真與分析

(a)求解域內電機溫度場云圖

(b)繞組溫度場云圖

(c)定子鐵心溫度場云圖

圖3 仿真結果

3 溫升實驗與熱仿真模型修正

3.1 電機溫升實驗

圖4 電機溫升實驗臺

圖5 仿真與實驗溫升對比曲線

3.2 熱仿真模型修正

圖6 修正仿真結果1

圖7 修正仿真結果2

4 結 語