电动汽车转子油冷电机深度解读
2021-10-6 14:55:21
一、油路走向
首先,看一下电机油冷的整体方案,其油路的走向如下图所示:
这个方案与传统方案相比,特殊的地方在于在一般的定子水冷方案的基础上,增加了转子的冷却油路。冷却油从前盖流进机壳,在定子铁芯形成环形油路,由后盖汇集到转子内部,从转子内部到达前盖的出口。
二、电机油冷结构
为实现以上油路,电机前后盖和机壳的结构如下图所示:
值得一提的是电机机壳的轴向油道采用了多个进出口的方式,这样油道的流阻比较小。
另外,对转子来说,采用了分两段加工后再焊接的形式,转子的结构如下图:
三、仿真迭代过程
仿真基本过程如下图所示:
仿真的过程就基于温度场和电磁场的双向耦合分析,首先给出初始温度,再通过电磁仿真计算在这一温度下的损耗,再将损耗传递给温度场分析。如此反复迭代,直到稳态。为缩短仿真时间,电磁场仿真采用2D数模,温度场仿真采用3D数模,关于转子和定子相对空气间隙的换热系数参考经验值。
四、实际测量验证
测量电机不同位置和实际温度值,与仿真值进行了对比分析。以2300rpm,7.38Nm工作状态为例,可以得到仿真误差在10%以内。具体的数值见下图:
五、电机的优化
5.1机壳冷却油道
三种不同形式下的油道如下图:
分析在不同流量的条件下,三种结构的定子和转子温度如下图:
由图表可知,根据系统流量和温度要求,综合考虑后,确定机壳油道结构。显而易见的是,从a到b,在冷却油流量较低时,绕组的冷却效果得到了明显提高,而c相对于b,冷却效果提高不明显;在冷却油流量较高时,c的冷却效果无论是绕组还是转子都不如b,即使其结构更加复杂。这表明在设计机壳油道时,需要结合冷却油的流量来设计,从而找到一个流量和通道设计相匹配的最佳冷却方案。
5.2转子进出油口
转子的进油口和出油口的角度是可选的变量,其变量可设置为如下图所示角度。
通过对几组特定角度值进行仿真,可得出如下图所示结果。
对比可知,第三组组合为最优方案。
六、测试方法
实际样机在定子机壳上开了六个油冷通道。如下图:
测量定转子温度,在定子线包、铁芯、机壳上分别放置热敏电阻,转子上无法直接测量,采用标签纸来测定。测量点如下:
试验系统:
七、测试结果
三种条件:
风冷、单壳体油冷和壳体加轴油冷
结果:
风冷在80分钟后电机温度130℃,而且未达到平衡;
单壳体油冷在80分钟后电机温度110℃,达到平衡;
壳体加轴油冷在30分钟后电机温度80℃,达到平衡。
另外,从时间轴上比较,单壳体油冷与壳体加轴油冷在10分钟之前,冷却效果大体相同,30分钟之后,两者冷却效果有明显区别,并且这种区别的趋势在扩大。
此方案与常见的单壳体冷却和喷油方案的冷却效果对比,如下表:
八、总结
此方案与传统的风冷相比,线圈温度下降了50%,与单壳体油冷方案相比,线圈温度下降了38%,故是一种有效的提高电机冷却能力的方案。
培训掠影
新能源汽车培训现场
更多>>-
新能源汽车培训现场
更多>>-
新能源汽车培训现场
更多>>-