车用永磁同步电机三维温度场分析

车用永磁同步电机三维温度场分析

刘 蕾 刘光复 刘马林 朱标龙

合肥工业大学,合肥,230000

摘要:为了研究车用永磁同步电机的温度场,以一台额定功率为25kW 的车用永磁同步电机为研究对象,基于传热学基本理论,建立其三维求解域模型,通过仿真分析,得出了电机额定工况下的温度场及温升变化,并对连续变功率工况下的电机内关键部分的温升进行仿真分析,以研究车辆实际行驶时电机温度场的变化情况三通过搭建的实验平台,对电机工作在额定工况和连续变工况条件下的温升进行了测试三经对比分析,实验数据与仿真数据误差较小,验证了仿真的正确性三

关键词:永磁同步电机;温度场;额定工况;变功率

中图分类号:TM351 DOI :10.3969/j .

issn.1004132X.2015.11.004

Anal y sis on Three -dimensional Tem p erature Field of Permanent Ma g net S y nchronous Motor in Vehicles

Liu Lei Liu Guan g fu Liu Malin Zhu Biaolon g Hefei Universit y of Technolo gy ,Hefei ,230000

Abstract :In order to stud y tem p erature field of PMSM used in vehicles ,a rated p ower of 25kW PMSM in vehicles was taken as the research ob j ect ,and its three -dimensional solution domain model was built based on the basic theor y ofheat transfer.The motor 's stead y state condition tem p erature field and the tem p erature rise chan g es were derived throu g h simulation anal y sis.Also ,the simulation anal y sis on tem p erature rise of the ke y p arts in the motor was carried out under continuous variable p ower workin g conditions ,for the sake of stud y in g the chan g es in motor tem p erature field under actu -al drivin g conditions of the vehicle.B y buildin g an ex p erimental p latform ,the effective tests of motor 's tem p erature rise were carried out under rated o p eratin g conditions and continuous variable workin g conditions.B y contrast and anal y sis ,ex p erimental data are close to simulation data ,which verifies the accurac y of the simulation.

Ke y words :p ermanent ma g net s y nchronous motor (

PMSM );tem p erature field ;rated condition ;variable p ower

收稿日期:2014

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基金项目:国家科技支撑计划资助项目(2013BAG13B00);量产小型纯电动轿车平台及产业化开发和国家新能源汽车技术创新工程项目

0 引言

随着电动汽车技术[1]

的不断发展,电动汽车结

构越来越复杂,性能越来越好,速度和安全性大幅度提升三为满足这些要求,必须保证电动汽车驱动

系统[2-3]

的高性能三电机作为驱动系统的关键部

件,既需要其具有功率密度高二启动转矩大二调速范围宽等条件,还要保证其具有体积小二质量轻二效率高的特点三与普通电机相比,车用永磁同步电机在工作过程中由于高性能要求而产生的电磁负荷和热负荷也高,而过高的热负荷直接影响电机效率二寿命和可靠性三因此,对车用永磁同步电机的温度场进行研究具有切实的实践意义和工程价值三

近年来,国内外专家对永磁同步电机的温度

场进行了大量研究三丁树业等[4]

以一台表贴式永

磁同步电机为例,计算了变频控制条件下电机内

定子二转子及永磁体的温度场分布;张琪等[5]

以永

磁同步电机为例,计算了电机的铁耗二计及趋肤效应的交流绕组铜耗,对电机内部温度场进行了分

析;程树康等[6]以微型车用风冷和水冷电机为例,

通过热网络法和有限元法计算电机温度场,并对

其散热结构进行了优化;Nollau 等[7]

设计了新型

的电机冷却方法,通过制冷涡流管降低电机温度三以上研究主要针对电机稳态工况下的温度场分布和材料特性等三

本文以一台额定功率为25kW 的车用永磁

同步电机为例,建立了电机的三维温度场求解域模型,基于流固耦合仿真方法对电机工作在额定工况及连续变功率工况下的温度场进行了仿真分析,得到了电机的温度场及其内部关键部分的温升变化三为了验证仿真的可靠性,本文搭建了实验平台,参照仿真工况对电机进行了实际的温升实验,并对实验数据和仿真数据进行了对比分析三

1 电机模型确定及求解条件

1.1 电机的基本参数

本文以一台额定功率为25kW 的车用永磁

四

8341四中国机械工程第26卷第11期2015年6月上半月