导语:本文详细阐述了电动汽车转子油冷电机设计中关键因素的优化策略,并对不同方案进行了深入分析。本文旨在揭示其设计流程,以期为读者解决实际问题提供帮助。
一、油路布局首要考虑
首先,我们将探讨一种创新性的转子油冷方案。该方案的独特之处在于,它在传统定子水冷基础上,额外引入了转子的冷却系统。这种结构与众不同的特点是,前盖通过一个环形通道将冷却液输送至机壳,然后通过后盖汇集到转子内部,再从转子内部返回至前盖的出口。
二、电机油冷结构设计
为了实现上述布局,电机的前后盖和机壳必须具有特殊的构造,如图所示。值得注意的是,轴向方向上的油道采用了多个进出口设计,这有助于降低流阻。此外,对于转子的加工方式采用分两段处理并焊接形式(此工艺可参考另一篇文章,该文章介绍的是轴摩擦焊工艺,对感兴趣的人可以联系作者获取微信信息),如图所示。
三、仿真迭代过程解析
仿真的基本步骤如下:
仿真基于温度场和电磁场之间双向耦合分析。
首先设定初始温度,然后利用这个温度进行电磁模拟计算损耗。
将计算出的损耗反馈给温度场模拟直到达到稳态。
为了缩短仿真时间,我们采用2D数模来进行电磁模拟,而3D数模用于温度场分析。在这项研究中,我们引用经验值来确定换热系数。
四、实测验证结果
我们对不同位置和状态下的实际温度与仿真值进行比较分析,以2300rpm和7.38Nm工作状态为例,可以看到误差控制在10%以内。具体数据见下表:
五、优化建议
选择合适的机壳冷却通道形式:我们比较了三种不同类型通道,如图所示,并根据流量条件对它们进行测试。在较低流量时a相对于b显著提高绕组及转子的冷却效果;而c虽然结构复杂,但在高流量情况下,其性能不如b。这说明,在设计时应结合流量要求找到最佳匹配方案。
调整角度变量:我们设置了一系列特定角度作为变量,如图所示,并通过几组指定角度值进行仿真,从而得到最优解,即第三组搭配。
六、本次实验方法论述
实际样品安装六个单独通道供油循环使用,如图所示。测量点分布包括定子线包、铁芯及机壳各部,以及无法直接测温的转子部分,我们使用标签纸记录其数据。
七、本次试验成果总结
经过三个条件下的测试——风力散热、大型单体涡轮驱动以及大型单体加轴涡轮驱动——结果显示:
风力散热需要80分钟才能达到130℃但未达平衡状态;
大型单体涡轮驱动80分钟后达到110℃已达平衡;
大型单体加轴涡轮驱动30分钟即达80℃已平衡状态;
此外,从时间序列看,大型单体涡轮与大型单体加轴 涡轮在最初十分钟间表现相似,但随着时间推移,区别愈发明显且持续扩大。
八、本次研究总结性陈辞
这一新方案比常规风力散热更能降低线圈温差50%,也超过传统的大型单体涡轮散热效率38%,因此它是一种有效提升電機熱管理能力的手段。