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(shù)與熱仿真模型

1.1 電機參數(shù)

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(shù)如表1所示。

表1 電機的基本參數(shù)

1.2 電機物理模型

由于電機運行過程中發(fā)熱主體為電機定子，而轉子發(fā)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(tài)油為主，其材料參數(shù)先按液態(tài)油設置，后面再做修正。冷卻油的材料參數(shù)如表2所示。

圖2 流體域等效處理圖

表2 冷卻油材料參數(shù)

1.4 數(shù)學模型

對所研究的電機三維溫度場進行數(shù)值分析并建立數(shù)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(tài)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(shù)與熱仿真模型

1.1 電機參數(shù)

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(shù)如表1所示。

表1 電機的基本參數(shù)

1.2 電機物理模型

由于電機運行過程中發(fā)熱主體為電機定子，而轉子發(fā)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(tài)油為主，其材料參數(shù)先按液態(tài)油設置，后面再做修正。冷卻油的材料參數(shù)如表2所示。

圖2 流體域等效處理圖

表2 冷卻油材料參數(shù)

1.4 數(shù)學模型

對所研究的電機三維溫度場進行數(shù)值分析并建立數(shù)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(tài)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