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车用永磁同步电机稳态温度场分析与冷却结构设计优化
| 论文题名： | 车用永磁同步电机稳态温度场分析与冷却结构设计优化 |
| 关键词： | 电动汽车;永磁同步电机;温度场;冷却结构;优化设计 |
| 摘要： | 永磁同步电机具有适用于电动汽车的明显优点，比如功率密度大、效率高和控制系统稳定性高等，使其成为目前多数汽车厂商以及高校研究者重点关注的对象。由于电动汽车在设计电机过程中会尽可能的提升其功率密度，如果采用不合理的电机冷却系统，电机温升问题会十分严重。过高的电机温升会缩短绕组绝缘寿命以及导致永磁体退磁，这些将会影响电动汽车的寿命甚至引发安全问题。因此为永磁同步电机设计合理的冷却结构对于确保电动汽车稳定运行有着重要意义。本文以一台35kW车用永磁同步电机为研究对象，对其额定工况运行下的损耗、温度场与冷却系统等问题进行研究。 根据电磁场基础理论，建立永磁同步电机二维数值分析模型，并基于有限元法求取电机主要部件的损耗值，根据传热学基础理论，建立永磁同步电机物理模型和数值计算模型，以及对电机生热率、传热系数和材料属性计算。根据计算所得各类热参数，通过有限元法计算自然冷却下永磁同步电机的温度分布，并分析其易受温度影响的结构部分，为电机冷却系统设计提供参考依据。 根据永磁同步电机定子结构、流体力学基础理论以及自然冷却下永磁同步电机温度分布情况，设计出四种水道冷却结构，即周向螺旋型水道、轴向Z字型水道、周向Z字型水道和周向并联型水道，并对四种水道冷却效果进行计算分析，确定周向Z字型水道结构类型较优。 基于水道结构设计理论，进一步对周向Z字型水道结构从水道数目、入水口流速和机壳材料三方面进行优化。针对优化后的水冷散热系统，仿真分析其在额定工况运行下的电机温升情况，并与自然冷却下的电机温升情况对比，验证其冷却效果，以及分析采用水冷散热系统电机的绕组绝缘和永磁体温升情况。 |
| 作者： | 姜永泽 |
| 专业： | 电机与电器 |
| 导师： | 梁艳萍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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