高密度永磁电机的热性能分析

作     者：赵洪涛 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谷波;王仁军

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：高密度永磁电机 电机热源分析 电机热模型 水冷散热系统 

摘      要：电机是新能源汽车的重要组成部分,电机温升是决定电机是否使用可靠以及是否能够长寿命运行的重要因素。为此,对电机温升的精确计算和热能管理研究,以及完善的冷却系统的设计,对于新能源汽车电机的发展具有非常重要的意义。本文在对高密度永磁电机运行热模型进行分析的基础上,基于高密度永磁电机运行时的散热特点,进行高密度永磁电机水冷系统的设计。本课题的研究主要包括如下两个方面的内容。(1)高密度永磁电机运行时的热模型分析论文根据相关物理学定律得出了电机铜耗、铁耗、永磁体涡流损耗及机械损耗的基本理论及计算方法。并据此方法以高密度永磁电机样机为例,基于Ansoft Maxwell有限元软件建立了电机电磁场的计算模型,并仿真计算了电机在额定运行时定、转子铁心损耗及永磁体涡流损耗,并分析了电机磁场频率和负载运行情况对铁耗的影响。对于绕组铜耗和机械损耗,采用经验公式简化了计算过程。通过以上分析确定了电机运行状态的发热源状况。(2)高密度永磁电机水冷散热系统设计通过对高密度永磁电机热源分析和损耗分析,设计符合高密度永磁电机的水冷散热系统。并基于FLUENT软件建立高密度永磁电机样机温度场的计算模型,通过剖分和设定边界条件,对电机额定运行时的稳定温升进行了仿真计算。仿真的结果表明,本文所设计的水冷散热系统能够很好地降低高密度永磁电机的温升,同时通过调整水冷散热系统的流体流速,能够更好地实现永磁电机温度控制。为了确保仿真结果的正确性,本文通过控制边界条件,仿真分析了冷却水流流速对电机稳定温升的影响。并搭建了试验台架,实测了电机运行中的相关数据,进而将高密度永磁电机的仿真结果与样机试验数据进行比较,两者基本吻合,进一步验证了高密度永磁电机损耗和温升计算的准确性和有效性。