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电动摩托车控制器散热设计与散热性能分析
| 论文题名： | 电动摩托车控制器散热设计与散热性能分析 |
| 关键词： | 电动摩托车;控制器;散热性能;热分析 |
| 摘要： | 近年来，随着电动摩托车功率越来越大，其控制器上的功率MOSFET器件散热问题日益突出。由于功率MOSFET器件的可靠性与其工作温度密切相关，对它进行适当的温度控制不仅能够确保其安全稳定地工作，更能延长它的使用寿命。而在控制器产品研发阶段引入散热设计和分析既可以提前了解产品性能、缩短研发周期，又能降低产品因为过度设计造成的原料浪费和生产成本的增加。 论文以电动摩托车无刷直流电机控制器为对象，分析了电动摩托车上所使用的无刷直流电机和控制器的工作原理，在确定了MOSFET的工作方式和工作环境后，设计了一种新型PCB和MOSFET排布方案，并对选定的MOSFET进行了实际功耗计算;同时利用并联热阻模型对MOSFET和TIM材料的等效热阻进行计算和以及控制器整体热阻的分配，初步确定了控制器散热系统中散热底板所需的热阻。结合电动摩托车的实际使用条件和环境，选用被广泛使用的自然对流散热方式作为电动摩托车控制器的首选散热方案，并选择了控制器中散热底板的材料和加工工艺，初步确定了产品的尺寸，利用Pro/E完成控制器所有零件的三维建模。 其次，通过热分析软件FloEFD对所设计的控制器整体结构进行了散热性能仿真分析，得出MOSFET结点温度和散热底板周围空气的温度场、速度场分布云图。然后对散热底板上翅片的参数进行优化设计与分析，比较了不同翅片高度和数目下控制器的散热性能，最终选用20片3mm翅高的设计作为最终的产品方案。针对控制器安装环境狭小的特点，建立了实际安装车架模型，模拟了实际安装车架中狭小的空间环境和不同的车架材质对整体散热性能的影响。 最后，在对设计的产品小批量试生产后，进行了控制器产品级、电动摩托车系统级和电动摩托车场地测试三种不同情况下的散热性能实验，验证了数值分析的准确性和可行性。结果表明，优化后的控制器既能满足在大空间下的产品级散热需求，也能满足实际工作环境下的系统级和场地测试散热需求，控制器中MOSFET的结点温度满足低于145℃的设计要求。 |
| 作者： | 缪友谊 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 凌智勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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