本文以一臺(tái)額定功率為50 kW的車用油冷電機(jī)為研究對(duì)象，建立電機(jī)熱仿真模型，通過(guò)有限元仿真軟件，得到了電機(jī)工作在額定工況下的溫度場(chǎng)；搭建電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，并對(duì)熱仿真過(guò)程進(jìn)行修正。
1 電機(jī)參數(shù)與熱仿真模型
1.1 電機(jī)參數(shù)
本文研究對(duì)象為一臺(tái)額定功率為50 kW的車用永磁同步電機(jī)，冷卻方式為直接油冷。電機(jī)的基本參數(shù)如表1所示。
表1 電機(jī)的基本參數(shù)
1.2 電機(jī)物理模型
由于電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)熱主體為電機(jī)定子，而轉(zhuǎn)子發(fā)熱小，故本文以電機(jī)定子為研究對(duì)象。在三維軟件中建立電機(jī)的三維模型如圖1所示，其包括電機(jī)殼體、定子鐵心、等效繞組及兩根進(jìn)油管。兩根進(jìn)油管靠近繞組一側(cè)均布11個(gè)出油孔，冷卻油經(jīng)兩根進(jìn)油管進(jìn)入，直接噴灑在繞組端部；出油口位于電機(jī)左側(cè)，左側(cè)的油直接由出油口流出；電機(jī)內(nèi)右側(cè)的油經(jīng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子間氣隙、定子鐵心與殼體鑲嵌結(jié)構(gòu)間隙，流至電機(jī)左側(cè)，再由出油口流出。
圖1 電機(jī)物理模型
1.3 流體域等效處理
本文將電機(jī)內(nèi)的流體域等效成一個(gè)整體，如圖2所示。流體域中的物質(zhì)以液態(tài)油為主，其材料參數(shù)先按液態(tài)油設(shè)置，后面再做修正。冷卻油的材料參數(shù)如表2所示。
圖2 流體域等效處理圖
表2 冷卻油材料參數(shù)
1.4 數(shù)學(xué)模型
對(duì)所研究的電機(jī)三維溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析并建立數(shù)學(xué)模型。由傳熱學(xué)基本理論知識(shí)，設(shè)介質(zhì)各向同性，在直角坐標(biāo)系下求解域內(nèi)三維瞬態(tài)導(dǎo)熱微分方程及其邊界條件可表示:
表3 額定工況下的各部分損耗值
2 電機(jī)溫度場(chǎng)仿真與分析
(a)求解域內(nèi)電機(jī)溫度場(chǎng)云圖
(b)繞組溫度場(chǎng)云圖
(c)定子鐵心溫度場(chǎng)云圖
圖3 仿真結(jié)果
3 溫升實(shí)驗(yàn)與熱仿真模型修正
3.1 電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)
圖4 電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)臺(tái)
圖5 仿真與實(shí)驗(yàn)溫升對(duì)比曲線
3.2 熱仿真模型修正
圖6 修正仿真結(jié)果1
圖7 修正仿真結(jié)果2
4 結(jié) 語(yǔ)
本文以一臺(tái)額定功率為50 kW的車用油冷電機(jī)為研究對(duì)象，建立電機(jī)熱仿真模型，通過(guò)有限元仿真軟件，得到了電機(jī)工作在額定工況下的溫度場(chǎng)；搭建電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，并對(duì)熱仿真過(guò)程進(jìn)行修正。
1 電機(jī)參數(shù)與熱仿真模型
1.1 電機(jī)參數(shù)
本文研究對(duì)象為一臺(tái)額定功率為50 kW的車用永磁同步電機(jī)，冷卻方式為直接油冷。電機(jī)的基本參數(shù)如表1所示。
表1 電機(jī)的基本參數(shù)
1.2 電機(jī)物理模型
由于電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)熱主體為電機(jī)定子，而轉(zhuǎn)子發(fā)熱小，故本文以電機(jī)定子為研究對(duì)象。在三維軟件中建立電機(jī)的三維模型如圖1所示，其包括電機(jī)殼體、定子鐵心、等效繞組及兩根進(jìn)油管。兩根進(jìn)油管靠近繞組一側(cè)均布11個(gè)出油孔，冷卻油經(jīng)兩根進(jìn)油管進(jìn)入，直接噴灑在繞組端部；出油口位于電機(jī)左側(cè)，左側(cè)的油直接由出油口流出；電機(jī)內(nèi)右側(cè)的油經(jīng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子間氣隙、定子鐵心與殼體鑲嵌結(jié)構(gòu)間隙，流至電機(jī)左側(cè)，再由出油口流出。
圖1 電機(jī)物理模型
1.3 流體域等效處理
本文將電機(jī)內(nèi)的流體域等效成一個(gè)整體，如圖2所示。流體域中的物質(zhì)以液態(tài)油為主，其材料參數(shù)先按液態(tài)油設(shè)置，后面再做修正。冷卻油的材料參數(shù)如表2所示。
圖2 流體域等效處理圖
表2 冷卻油材料參數(shù)
1.4 數(shù)學(xué)模型
對(duì)所研究的電機(jī)三維溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析并建立數(shù)學(xué)模型。由傳熱學(xué)基本理論知識(shí)，設(shè)介質(zhì)各向同性，在直角坐標(biāo)系下求解域內(nèi)三維瞬態(tài)導(dǎo)熱微分方程及其邊界條件可表示:
表3 額定工況下的各部分損耗值
2 電機(jī)溫度場(chǎng)仿真與分析
(a)求解域內(nèi)電機(jī)溫度場(chǎng)云圖
(b)繞組溫度場(chǎng)云圖
(c)定子鐵心溫度場(chǎng)云圖
圖3 仿真結(jié)果
3 溫升實(shí)驗(yàn)與熱仿真模型修正
3.1 電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)
圖4 電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)臺(tái)
圖5 仿真與實(shí)驗(yàn)溫升對(duì)比曲線
3.2 熱仿真模型修正
圖6 修正仿真結(jié)果1
圖7 修正仿真結(jié)果2
4 結(jié) 語(yǔ)
本文以一臺(tái)額定功率為50 kW的車用油冷電機(jī)為研究對(duì)象，建立電機(jī)熱仿真模型，通過(guò)有限元仿真軟件，得到了電機(jī)工作在額定工況下的溫度場(chǎng)；搭建電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，并對(duì)熱仿真過(guò)程進(jìn)行修正。
1 電機(jī)參數(shù)與熱仿真模型
1.1 電機(jī)參數(shù)
本文研究對(duì)象為一臺(tái)額定功率為50 kW的車用永磁同步電機(jī)，冷卻方式為直接油冷。電機(jī)的基本參數(shù)如表1所示。
表1 電機(jī)的基本參數(shù)
1.2 電機(jī)物理模型
由于電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)熱主體為電機(jī)定子，而轉(zhuǎn)子發(fā)熱小，故本文以電機(jī)定子為研究對(duì)象。在三維軟件中建立電機(jī)的三維模型如圖1所示，其包括電機(jī)殼體、定子鐵心、等效繞組及兩根進(jìn)油管。兩根進(jìn)油管靠近繞組一側(cè)均布11個(gè)出油孔，冷卻油經(jīng)兩根進(jìn)油管進(jìn)入，直接噴灑在繞組端部；出油口位于電機(jī)左側(cè)，左側(cè)的油直接由出油口流出；電機(jī)內(nèi)右側(cè)的油經(jīng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子間氣隙、定子鐵心與殼體鑲嵌結(jié)構(gòu)間隙，流至電機(jī)左側(cè)，再由出油口流出。
圖1 電機(jī)物理模型
1.3 流體域等效處理
本文將電機(jī)內(nèi)的流體域等效成一個(gè)整體，如圖2所示。流體域中的物質(zhì)以液態(tài)油為主，其材料參數(shù)先按液態(tài)油設(shè)置，后面再做修正。冷卻油的材料參數(shù)如表2所示。
圖2 流體域等效處理圖
表2 冷卻油材料參數(shù)
1.4 數(shù)學(xué)模型
對(duì)所研究的電機(jī)三維溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析并建立數(shù)學(xué)模型。由傳熱學(xué)基本理論知識(shí)，設(shè)介質(zhì)各向同性，在直角坐標(biāo)系下求解域內(nèi)三維瞬態(tài)導(dǎo)熱微分方程及其邊界條件可表示:
表3 額定工況下的各部分損耗值
2 電機(jī)溫度場(chǎng)仿真與分析
(a)求解域內(nèi)電機(jī)溫度場(chǎng)云圖
(b)繞組溫度場(chǎng)云圖
(c)定子鐵心溫度場(chǎng)云圖
圖3 仿真結(jié)果
3 溫升實(shí)驗(yàn)與熱仿真模型修正
3.1 電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)
圖4 電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)臺(tái)
圖5 仿真與實(shí)驗(yàn)溫升對(duì)比曲線
3.2 熱仿真模型修正
圖6 修正仿真結(jié)果1
圖7 修正仿真結(jié)果2
4 結(jié) 語(yǔ)
