深度剖析電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)子油冷電機(jī)

今天給大家?guī)硪黄P(guān)于電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)子油冷電機(jī)方案的文獻(xiàn)解讀，文章詳細(xì)介紹了油路設(shè)計(jì)中各個(gè)變量的優(yōu)化過程并對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行了對(duì)比分析。本文對(duì)其設(shè)計(jì)過程進(jìn)行解讀，希望對(duì)大家解決實(shí)際問題有所幫助。

一、油路走向

首先，來看一下我們要探討的電機(jī)油冷的整體方案，其油路的走向如下圖所示：

這個(gè)方案與傳統(tǒng)方案相對(duì)，特殊的地方在于，在一般的定子水冷方案的基礎(chǔ)上，增加了轉(zhuǎn)子的冷卻油路。冷卻油從前蓋流進(jìn)機(jī)殼，在定子鐵芯形成環(huán)形油路，由后蓋匯集到轉(zhuǎn)子內(nèi)部，從轉(zhuǎn)子內(nèi)部到達(dá)前蓋的出口。

二、電機(jī)油冷結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)以上油路，電機(jī)前后蓋和機(jī)殼的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

值得一提的是電機(jī)機(jī)殼的軸向油道采用了多個(gè)進(jìn)出口的方式，這樣油道的流阻比較小。

另外，對(duì)轉(zhuǎn)子來說，采用了分兩段加工后再焊接的形式（這個(gè)加工工藝可參考另一篇外文，介紹的是軸的摩擦焊工藝，需要的朋友可以加文末我的微信），轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)如下圖：

三、仿真迭代過程

仿真基本過程如下圖所示：

仿真的過程就基于溫度場和電磁場的雙向耦合分析，首先給出初始溫度，再通過電磁仿真計(jì)算在這一溫度下的損耗，再將損耗傳遞給溫度場分析。如此反復(fù)迭代，直到穩(wěn)態(tài)。為縮短仿真時(shí)間，電磁場仿真采用2D數(shù)模，溫度場仿真采用3D數(shù)模，關(guān)于轉(zhuǎn)子和定子相對(duì)空氣間隙的換熱系數(shù)參考經(jīng)驗(yàn)值。

四、實(shí)際測量驗(yàn)證

測量電機(jī)不同位置和實(shí)際溫度值，與仿真值進(jìn)行了對(duì)比分析。以2300rpm，7.38Nm工作狀態(tài)為例，可以得到仿真誤差在10%以內(nèi)。具體的數(shù)值見下圖：

五、電機(jī)的優(yōu)化

1、機(jī)殼冷卻油道

三種不同形式下的油道如下圖：

分析在不同流量的條件下，三種結(jié)構(gòu)的定子和轉(zhuǎn)子溫度如下圖：

由圖表可知，我們可以根據(jù)系統(tǒng)流量和溫度要求，綜合考慮后，確定機(jī)殼油道結(jié)構(gòu)。顯而易見的是，從a到b，在冷卻油流量較低時(shí)，繞組的冷卻效果得到了明顯提高，而c相對(duì)于b，冷卻效果提高不明顯；在冷卻油流量較高時(shí)，c的冷卻效果無論是繞組還是轉(zhuǎn)子都不如b，即使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。這表明在我們?cè)O(shè)計(jì)機(jī)殼油道時(shí)，需要結(jié)合冷卻油的流量來設(shè)計(jì)，從而找到一個(gè)流量和通道設(shè)計(jì)相匹配的最佳冷卻方案。

2、轉(zhuǎn)子進(jìn)出油口

轉(zhuǎn)子的進(jìn)油口和出油口的角度是可選的變量，其變量可設(shè)置為如下圖所示角度。

通過對(duì)幾組特定角度值進(jìn)行仿真，可得出如下圖所示結(jié)果。

對(duì)比可知，第三組組合為最優(yōu)解。

六、測試方法

實(shí)際樣機(jī)在定子機(jī)殼上開了六個(gè)油冷通道。如下圖：

測量定轉(zhuǎn)子溫度，在定子線包、鐵芯、機(jī)殼上分別放置熱敏電阻，轉(zhuǎn)子上無法直接測量，采用標(biāo)簽紙來測定。測量點(diǎn)如下：

試驗(yàn)系統(tǒng)：

七、試驗(yàn)結(jié)果

三種條件：風(fēng)冷、單殼體油冷和殼體加軸油冷

結(jié)果：

風(fēng)冷在80分鐘后電機(jī)溫度130℃，而且未達(dá)到平衡

單殼體油冷在80分鐘后電機(jī)溫度110℃，達(dá)到平衡

殼體加軸油冷在30分鐘后電機(jī)溫度80℃，達(dá)到平衡

另外，從時(shí)間軸上比較，單殼體油冷與殼體加軸油冷在10分鐘之前，冷卻效果大體相同，30分鐘之后，兩者冷卻效果有明顯區(qū)別，并且這種區(qū)別的趨勢(shì)在擴(kuò)大。

此方案與常見的單殼體冷卻和噴油方案的冷卻效果對(duì)比，如下表：

八、總結(jié)

此方案與傳統(tǒng)的風(fēng)冷相比，線圈溫度下降了50%，與單殼體油冷方案相比，線圈溫度下降了38%，故是一種有效的提高電機(jī)冷卻能力的方案。

編輯：jq