内腔油冷机壳自然风冷驱动电机冷却性能研究

doi:10.3785/j.issn.1006-754X.2024.03.411

工程设计学报

2024, Vol. 31

Issue (6): 733-740 DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2024.03.411

【特约专栏】“双碳”背景下新型能源装备设计、制造、运维关键技术及其应用

内腔油冷机壳自然风冷驱动电机冷却性能研究

黄泽好^1,²(

),谢彦景²(

),张霄霆³,曹永鹏³,李东³

^1.重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室，重庆 400054
^2.重庆理工大学车辆工程学院，重庆 400054
^3.重庆青山工业有限责任公司，重庆 402761

Research on cooling performance of natural air-cooled drive motor with internal oil-cooled chassis

Zehao HUANG^1,²(

),Yanjing XIE²(

),Xiaoting ZHANG³,Yongpeng CAO³,Dong LI³

^1.Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology for Automobile Parts, Ministry of Education, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China
^2.School of Vehicle Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China
^3.Chongqing Tsingshan Industrial Co. , Ltd. , Chongqing 402761, China

全文: PDF(2704 KB) HTML

摘要：

针对车辆驱动用高功率密度、大扭矩、小体积永磁同步电机的传统风冷结构有效散热面积小，以及运行时因存在电磁损耗而导致内部各部件温度过高的问题，提出了一种内腔油冷、机壳自然风冷的油风混合冷却方式，以满足驱动电机内部各部件的温度性能要求。采用等效热网络法计算了不同工况下驱动电机定子绕组、定子、永磁体和转子的温度，得到驱动电机的最高温度出现在定子绕组处。随后，通过实验对驱动电机定子绕组端部的温度进行了测量并与仿真结果进行对比，仿真结果与实测结果的相对误差均在5%以内。结果表明，不同工况下油风混合冷却驱动电机定子绕组及其余各部件的温度下降明显且均满足温度性能要求，说明油风混合冷却方式的散热性能良好，冷却效率高。研究结果可为车用驱动电机散热系统的研制提供参考。

关键词： 驱动电机; 损耗; 温度; 油风混合冷却; 冷却性能

Abstract:

Aiming at the problems of permanent magnet synchronous motors with high power density, large torque and small volume for vehicle driving, such as small effective heat dissipation area of traditional air-cooled structure and high temperature of internal components caused by electromagnetic loss during operation, an oil-air hybrid cooling method with natural air cooling of internal cavity oil-cooled chassis was proposed, to meet the temperature performance requirements of each component in the drive motor. The equivalent thermal network method was used to calculate the temperature of the stator winding, stator, permanent magnet and rotor in the drive motor under different working conditions, and the highest temperature of the drive motor appeared at the stator winding. Then, the temperature at the stator winding end of the drive motor was measured by experiment and compared with the simulation results. The relative error between the simulation results and the measured results was less than 5%. The results showed that the temperature of the stator winding and other components of the oil-air hybrid cooling drive motor under different working conditions dropped obviously and met the temperature performance requirements, which indicated that the oil-air hybrid cooling method had good heat dissipation performance and high cooling efficiency. The research results can provide reference for the development of heat dissipation systems for vehicle drive motors.

Key words: drive motor loss temperature oil-air hybrid cooling cooling performance

收稿日期: 2023-12-27 出版日期: 2024-12-31

CLC:

U 469.72

基金资助: 重庆市教委科研项目(KJQN20181101);重庆市研究生导师团队项目(渝教研发〔2018〕6号)

通讯作者: 谢彦景 E-mail: zehaohuang@cqut.edu.cn;xie17853569663@163.com

作者简介: 黄泽好（1966—），男，教授，博士，从事汽车NVH技术研究，E-mail: zehaohuang@cqut.edu.cn，https://orcid.org/0000-0002-8027-4583

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引用本文:

黄泽好,谢彦景,张霄霆,曹永鹏,李东. 内腔油冷机壳自然风冷驱动电机冷却性能研究[J]. 工程设计学报, 2024, 31(6): 733-740.

Zehao HUANG,Yanjing XIE,Xiaoting ZHANG,Yongpeng CAO,Dong LI. Research on cooling performance of natural air-cooled drive motor with internal oil-cooled chassis[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2024, 31(6): 733-740.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2024.03.411 或 https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2024/V31/I6/733

表1 驱动电机基本参数

图1 驱动电机的外特性曲线

表2 不同工况下驱动电机的运行参数

图2 驱动电机的1/8二维模型

表3 不同工况下驱动电机损耗的仿真结果 (W)

表4 驱动电机各部件及介质的等效导热系数

图3 驱动电机冷却系统的等效热网络节点分布

表5 驱动电机各部件的对应节点

图4 峰值工况下仅风冷时绕组温度的仿真结果

图5 油风混合冷却驱动电机简化三维模型

表6 内腔油冷结构正交设计试验的因素水平表

表7 不同参数组合下绕组温度的仿真结果（额定工况）

图6 油风混合冷却时驱动电机各部件的温度仿真结果

表8 油风混合冷却时绕组的稳态最高温度 (℃)

表9 油风混合冷却时绕组的瞬态最高温度

图7 PT100热电阻在绕组端部的埋置位置

图8 驱动电机温度测量实验台架

图9 不同工况下绕组端部温度的仿真值与实测值对比

表10 不同工况下绕组端部的最高温度对比

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