電動汽車的內置式永磁電機冷卻系統

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電動汽車的內置式永磁電機冷卻系統

近年來，由于純電動汽車、混合動力汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車能滿足排放法規和節能減排的規定，因此得到了快速發展。這些電動汽車上使用的電機主要為異步電機和永磁同步電機。由于異步電機的轉速與其旋轉磁場轉速有一定的差值，其調速性能較差，因此汽車上多選用永磁同步電機。為了提高電動汽車的性能，需要提高電機特性（如增加電機輸出功率和減小電機尺寸）。但電機輸出功率的增加往往會使電機溫度升高，當溫度超過150℃時，永久磁鐵出現退磁，反而導致電機功率急劇下降，因而要求電機應具有一套有效的冷卻系統。為此，設計了一個結構緊湊且高輸出功率的內置式永磁電機，給出一種三維冷卻方法，并對其冷卻效果進行模擬。

該電機的設計首先需要考慮電機尺寸、功率和轉矩，以及電機硅鋼板和永久磁鐵材料；之后對該電機的冷卻系統進行設計，這主要是針對冷卻方式和冷卻液材料。電機外殼采用水套冷卻，通過冷卻液的強制循環耗散電機外部熱量。對于電機內部，轉子采用空心軸設計，并在轉子上開冷卻液孔和冷卻液通道，以將電機內部熱量帶出并耗散掉。以潤滑油作為冷卻劑，并采用雙層油封防止冷卻液泄漏。在設計冷卻液通道時，給出了3種冷卻表面積都是10307mm2的冷卻通道設計方案，通過計算流體動力學軟件分析確定性能最佳的設計方案。同樣，在對轉子冷卻液孔進行設計時，使用同樣的方法分析冷卻液孔傾斜0°、20°、40°、60°和90°時，冷卻性能最佳的設計方案。使用JMAG電磁場分析軟件對電機進行電磁分析，獲得電機工作時產生的熱量。根據電磁分析結果及利用有限元分析軟件進行熱分析，獲得電機工作溫度。分析結果顯示，與傳統的冷卻系統相比，新設計的電機冷卻系統可以提供較好的冷卻效果。因此，電動汽車上采用這種緊湊、高輸出功率的電機可以進一步實現節能減排。

刊名：Applied Thermal Engineering（英）

刊期：2016年第95期

作者：Kea-Ho Lee

編譯：陳丁躍