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(jié)果的準(zhǔn)確性，并對熱仿真過程進(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)油管。兩根進(jìn)油管靠近繞組一側(cè)均布11個出油孔，冷卻油經(jīng)兩根進(jìn)油管進(jìn)入，直接噴灑在繞組端部；出油口位于電機左側(cè)，左側(cè)的油直接由出油口流出；電機內(nèi)右側(cè)的油經(jīng)電機定轉(zhuǎn)子間氣隙、定子鐵心與殼體鑲嵌結(jié)構(gòu)間隙，流至電機左側(cè)，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(nèi)的流體域等效成一個整體，如圖2所示。流體域中的物質(zhì)以液態(tài)油為主，其材料參數(shù)先按液態(tài)油設(shè)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(xué)模型
對所研究的電機三維溫度場進(jìn)行數(shù)值分析并建立數(shù)學(xué)模型。由傳熱學(xué)基本理論知識，設(shè)介質(zhì)各向同性，在直角坐標(biāo)系下求解域內(nèi)三維瞬態(tài)導(dǎo)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(nèi)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(jié)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(jié)果1
圖7 修正仿真結(jié)果2
4 結(jié) 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(jié)果的準(zhǔn)確性，并對熱仿真過程進(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)油管。兩根進(jìn)油管靠近繞組一側(cè)均布11個出油孔，冷卻油經(jīng)兩根進(jìn)油管進(jìn)入，直接噴灑在繞組端部；出油口位于電機左側(cè)，左側(cè)的油直接由出油口流出；電機內(nèi)右側(cè)的油經(jīng)電機定轉(zhuǎn)子間氣隙、定子鐵心與殼體鑲嵌結(jié)構(gòu)間隙，流至電機左側(cè)，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(nèi)的流體域等效成一個整體，如圖2所示。流體域中的物質(zhì)以液態(tài)油為主，其材料參數(shù)先按液態(tài)油設(shè)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(xué)模型
對所研究的電機三維溫度場進(jìn)行數(shù)值分析并建立數(shù)學(xué)模型。由傳熱學(xué)基本理論知識，設(shè)介質(zhì)各向同性，在直角坐標(biāo)系下求解域內(nèi)三維瞬態(tài)導(dǎo)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(nèi)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(jié)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(jié)果1
圖7 修正仿真結(jié)果2
4 結(jié) 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(jié)果的準(zhǔn)確性，并對熱仿真過程進(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)油管。兩根進(jìn)油管靠近繞組一側(cè)均布11個出油孔，冷卻油經(jīng)兩根進(jìn)油管進(jìn)入，直接噴灑在繞組端部；出油口位于電機左側(cè)，左側(cè)的油直接由出油口流出；電機內(nèi)右側(cè)的油經(jīng)電機定轉(zhuǎn)子間氣隙、定子鐵心與殼體鑲嵌結(jié)構(gòu)間隙，流至電機左側(cè)，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(nèi)的流體域等效成一個整體，如圖2所示。流體域中的物質(zhì)以液態(tài)油為主，其材料參數(shù)先按液態(tài)油設(shè)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(xué)模型
對所研究的電機三維溫度場進(jìn)行數(shù)值分析并建立數(shù)學(xué)模型。由傳熱學(xué)基本理論知識，設(shè)介質(zhì)各向同性，在直角坐標(biāo)系下求解域內(nèi)三維瞬態(tài)導(dǎo)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(nèi)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(jié)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(jié)果1
圖7 修正仿真結(jié)果2
4 結(jié) 語
