电动汽车的内置式永磁电机冷却系统



电动汽车的内置式永磁电机冷却系统

近年来，由于纯电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车能满足排放法规和节能减排的规定，因此得到了快速发展。这些电动汽车上使用的电机主要为异步电机和永磁同步电机。由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的差值，其调速性能较差，因此汽车上多选用永磁同步电机。为了提高电动汽车的性能，需要提高电机特性（如增加电机输出功率和减小电机尺寸）。但电机输出功率的增加往往会使电机温度升高，当温度超过150℃时，永久磁铁出现退磁，反而导致电机功率急剧下降，因而要求电机应具有一套有效的冷却系统。为此，设计了一个结构紧凑且高输出功率的内置式永磁电机，给出一种三维冷却方法，并对其冷却效果进行模拟。

该电机的设计首先需要考虑电机尺寸、功率和转矩，以及电机硅钢板和永久磁铁材料；之后对该电机的冷却系统进行设计，这主要是针对冷却方式和冷却液材料。电机外壳采用水套冷却，通过冷却液的强制循环耗散电机外部热量。对于电机内部，转子采用空心轴设计，并在转子上开冷却液孔和冷却液通道，以将电机内部热量带出并耗散掉。以润滑油作为冷却剂，并采用双层油封防止冷却液泄漏。在设计冷却液通道时，给出了3种冷却表面积都是10307mm2的冷却通道设计方案，通过计算流体动力学软件分析确定性能最佳的设计方案。同样，在对转子冷却液孔进行设计时，使用同样的方法分析冷却液孔倾斜0°、20°、40°、60°和90°时，冷却性能最佳的设计方案。使用JMAG电磁场分析软件对电机进行电磁分析，获得电机工作时产生的热量。根据电磁分析结果及利用有限元分析软件进行热分析，获得电机工作温度。分析结果显示，与传统的冷却系统相比，新设计的电机冷却系统可以提供较好的冷却效果。因此，电动汽车上采用这种紧凑、高输出功率的电机可以进一步实现节能减排。

刊名：Applied Thermal Engineering（英）

刊期：2016年第95期

作者：Kea-Ho Lee

编译：陈丁跃