新能源车用永磁同步电机散热分析及散热结构优化

以一台额定功率70 kW的车用水冷永磁同步电机作为研究对象,分析了电机的损耗来源,并基于流体力学与传热理论建立了电机的热模型。在处理仿真模型时对绕组及气隙域进行了等效处理,考虑了铁芯导热系数的各向异性,并使用STAR-CCM+软件仿真获取得到电机在额定工况下的温度分布。通过在轴向水道内壁增加凸起特征对冷却水道结构进行优化,对优化后水道模型进行了仿真分析,仿真结果显示优化后的水道模型具有更好的散热效果。最后,在电机测试台架上对优化水道后的电机进行了温升测试,将测试数据与仿真数据进行对比,对比结果显示绕组温度两者几乎一致,永磁体温度偏差2.95%,这表明了仿真结果的准确性。     

轴向磁通轮毂电机新型冷却系统涡流损耗优化

针对定子无磁轭轴向磁通电机内部冷却系统存在涡流损耗,导致电机效率降低、温升高的问题。本文以车用轮毂电机为研究对象,对一种定子无磁轭轴向磁通电机冷却系统进行建模;通过对电机运行过程中冷却系统涡流损耗进行仿真分析,并对电机进行二维有限元等效,研究翅片涡流损耗产生机理。在此基础上,从3个不同角度对涡流损耗进行优化,通过优化定子齿形以降低翅片处磁场强度,通过磁热耦合分析优化翅片高度,通过对翅片开槽以增大电涡流路径电阻,最终将涡流损耗降至原来的32.7%。通过对试制样机进行实验测试,结果表明:有限元仿真和实验测试一致性较高,通过优化后的电机在不同转速下效率均有所提升,转速4 000 r/min下优化后的电机效率较未优化高出3.1%。     

整车运行环境下油冷对外转子轮毂电机温度特性的影响

鉴于电动汽车用外转子轮毂电机特殊的结构形式,在整车运行环境下对轮毂电机的温度特性进行研究,以对比自然风冷和油冷两种方式下电机各部位的温度场。在此基础上,研究不同冷却油介质对电机各部位最高温度的影响。结果表明:CFD仿真结果与整车热环境风洞实验结果基本吻合;油冷冷却可有效降低轮毂电机内部最高温度,同时起到良好的温度均衡作用;4种冷却油均使绕组最高温度显著下降,导热系数越高,冷却油的热量传递和均温能力越强,电机冷却效果越好。     

纯电动物流车用PMSM降开关损耗控制

物流车是城市内部运送货物的重要交通工具,具有运行距离短、启停频率高、运行时间长的特点。城市内部物流车都逐步采用纯电动物流车代替传统的燃油车。针对物流车运行特点,文章对电动物流车电机控制算法进行优化,在考虑不同工况下使用不同的开关频率,降低开关损耗,减少控制器发热。通过对降低开关损耗控制方法与传统控制方法在不同车辆运行工况下对比,电机控制器发热均有所降低,同时电机控制器效率有所增加。     

永磁同步电机额定温升的研究

通过多种水温下对电机额定温升进行测试并对比分析,探讨水温对电机温度、电机转矩及电机效率的影响。     

全功率燃料电池汽车散热系统设计、建模与分析

极端工况下整车的热管理问题是全功率燃料电池汽车面临的主要技术挑战之一。燃料电池汽车中的热源主要来源于电堆、空压机、驱动电机及DC/DC，提出了相应的热管理方式并构建了相应的系统结构，对散热器、水泵、风机等主要部件进行了选型与匹配。利用GT-COOL 软件建立了全功率燃料电池汽车热管理系统仿真计算平台，对极端工况下系统的散热性能进行了分析。结果表明，在该工况下电堆温度达到了84.4 ℃，在许用温度范围内，电堆进出口温差为7.6 ℃，满足内部温度均匀性要求，空压机、DC/DC、驱动电机的温度分别为58.4 ℃、59.6 ℃、61.5 ℃，均满足其温度要求。     

基于AMEsim的电动汽车单水泵冷却回路仿真

电动汽车热管理中需要散热的关键部件主要有电池包和电机电控,通过分析以上关键部件的生热模型,设计单水泵供给电池、电机电控冷却液的冷却回路,通过AMEsim进行建模仿真,以耗电量最低为指标得到在某一环境温度下流经电机电控冷却水套的最佳冷却液温度,在最佳冷却水温度的目标下进行水泵的PID控制与开关控制的对比,在PID控制下的水泵相对开关控制提高16.3%的效率。     

微型电动车轮毂电机的磁热耦合分析

针对温度变化对微型电动车轮毂电机工作性能和使用寿命的影响,提出了一种磁热耦合分析方法,并对轮毂电机进行了磁场和热场分析.采用Ansoft Maxwell软件建立了轮毂电机的有限元仿真模型,并通过仿真获得了其内部复杂磁通密度云图和磁力线分布图.建立了湿度场的数学模型,计算了绕组损耗、定转子铁损和永磁体的涡流损耗,并以此耦合到温度场作为热源.采用Ansys Workbench软件,计算了轮毂电机稳态温度场和各部件的温度分布以及起动过程中定子铁芯与转子铁芯瞬态温度曲线.仿真结果与试验实测温度值基本一致,表明采用磁热耦合方法分析轮毂电机的热源分布与温度分布准确可行,可为今后的轮毂电机优化设计提供基础.     

特种车辆重载电动轮用轮毂电机热特性分析及冷却水道优化

为了准确分析轮毂电机温度场，基于电磁场有限元分析，采用考虑旋转磁化及谐波磁场的方法计算铁耗，并计算了轮毂电机各部件生热率。采用基于有限体积法的流固耦合分析和基于热网络法的磁热耦合分析，分别计算了额定工况下轮毂电机温度场，将轮毂电机温升试验和仿真结果进行了对比。结果表明，基于有限体积法的流固耦合分析得出的绕组稳态温度计算误差为1.8%，基于热网路法的磁热耦合分析计算误差为2.5%，验证了两种温度场分析方法的正确性。对不同结构冷却水道的热阻和压降进行了理论分析，基于Pareto遗传算法对螺旋型水道进行多目标优化，在保证额定工况电机稳态温升基本不变的情况下使水道压降降低了22.9%。     

轮毂电机角模块系统多物理场耦合作用下的温升及散热分析

为更好地探究轮毂电机角模块系统在运行过程中的多种物理场耦合特性,解决轮毂电机在有限空间中存在的散热难问题,文章基于键合图理论,建立了轮毂电机角模块系统的多物理场耦合模型,并导出数学模型,利用MATLAB/Simulink进行动态仿真,分析了轮毂电机在多物理场耦合作用下的输出转矩和温度特性。仿真结果表明,采用水冷模式对定子绕组的冷却效果明显;对于不同的水道截面尺寸和冷却液流速,轮毂电机呈现出不同的温升特性;相同的电机运行工况和冷却液流量下,增加水道内径可以达到更好的冷却效果。借助有限元分析软件Fluent进行流体仿真,得到的电机温度分布云图和温度变化曲线与上述结论基本一致,验证了耦合模型的实用性和可靠性,为轮毂电机角模块系统的设计和应用提供了理论参考。     

基于CRUISE的纯电动轻卡续驶里程优化仿真分析

以某纯电动轻卡为研究对象,在保持动力传动系统方案不变的前提下,优化整车控制,提出续始里程优化方案。基于CRUISE-MATLAB联合仿真平台搭建整车模型,对各优化方案进行仿真分析。结果表明:在不过度影响车辆驾驶感受的前提下,通过电机制动扭矩优化、及电机功率衰减可以有效的延长车辆的续驶里程,其中电机制动扭矩优化效果较为显著。综合优化方案可以提升28km续驶里程,提高了产品的市场竞争力。     

DCT油泵电机温度的模糊推理研究

双离合变速器油泵电机软件包括电机控制、诊断、热保护3方面功能。温度估算是热保护的基础。针对在研项目中油温(电机环境温度)和逆变器温度可测的实际情况,提出了以油温、逆变器温度、逆变器温度变化量3个信号为输入,以电机温度为输出,设计模糊推理系统估算电机温度的方法。使用该方法对不同油温(最高114℃,最低-31℃)下的电机温度进行估算。结果表明估算温度与电机参考温度平均误差0.4℃,最大误差小于8℃,可用于电机参考温度的计算。     

基于NEDC循环工况的集成式电驱动系统匹配优化

针对传统的驱动电机系统匹配方法在NEDC循环工况下未能充分利用电机高效区问题,提出了基于实车NEDC循环工况试验结合理论计算对比分析的方法,通过核算集成式电驱动系统需求机械能占比来优化电机高效区,采用线性插值和加权算法优化减速器速比,对优化结果进行了仿真和试验验证结果表明,优化后的集成式电驱动系统效率比优化前提升10.9%。     

分布式驱动电动汽车转矩节能优化分配

为了提高分布式驱动电动汽车的经济性和续航里程,对4个轮毂电机驱动转矩优化分配问题进行研究。通过轮毂电机台架试验得到轮毂电机的驱动效率特性,分析转矩优化分配实现节约整车能耗的可行性;建立侧重提高电机效率的目标函数,使电机转矩处于电机效率Map图中的高效区;建立侧重提高电机响应速度的目标函数,减小转矩分配瞬间电流波动过大带来的能耗;基于模糊理论设计以电机效率为变量的权重函数,实时调节权重来协调2种目标函数,提出一种转矩节能优化分配方法,得到最优的轴间转矩分配系数。在后轴驱动、平均分配、优化分配3种分配方式下进行整车能耗的ECE城市循环工况对比仿真分析。结果表明：提出的节能优化分配方法通过实时优化驱动电机的转矩,避免了电机工作在转矩过大和过小的低效区,提高了整个驱动系统的能量利用率,相比于后轴驱动和平均分配整车能耗效率提高了5.91%和10.54%;实车试验验证了转矩节能优化分配算法的节能效果,优化分配相比另外2种分配方式整车能耗效率分别提高了3.66%和8.58%。     

基于热管改良的汽车电机散热效果研究

文章利用热管对汽车电机的散热系统进行改良设计,使电机定子绕组的热量先通过热管直接传递到电机壳体,再由水套内的冷却液带走。根据电机的结构及工作原理,构建了电机内部传热模型,由此分析改良前后电机在不同冷却液流量下散热效果的差异。研究表明利用热管对汽车电机进行改良,可有效降低电机散热所需辅助能耗,研究可为汽车电机散热系统提供新的设计思路。     

转向节式轮毂电机壳体的结构优化与设计

轮毂电机因其具有传动结构简单,传动效率高等特点广泛应用于新能源汽车中。针对轮毂电机簧下质量增加的难题,开展了对轮毂电机壳体轻量化设计的研究。本文通过对传统轮毂电机与转向节进行受力分析,以一种新的壳体集成方式去解决在有限的轮内空间内增加轮毂电机的尺寸,并在此基础上通过Hypermesh仿真软件对模型进行轻量化设计,优化了壳体的应力分布、消除了部分结构的应力集中现象、整体质量减轻49.29%,优化效果明显。     

电动废气门电机温度模型及其过热保护研究

电动废气门执行电机性能直接决定废气门的控制精度和响应速度,而温度是影响电机输出力矩和寿命的关键因素。对永磁直流电机的发热-散热机理进行分析,建立了基于功率算法的电机温度模型,通过试验对电机参数进行了辨识及模型验证。在此基础上,设计了根据电机温度限制电机占空比的实时过热保护控制算法,试验结果表明,该控制算法可以有效预防电机温度过高。     

ISG电机平台下散热分析与优化

研究基于P2演示样机ISG电机的冷却系统,通过计算分析和台架试验发现该电机以ATF油作为冷却介质,采用电机与变速器串联的冷却布置方式时,不能满足电机冷却要求。针对此问题,根据电机的结构特点,结合传热学相关知识,对电机的冷却进行优化。优化后采用50%乙二醇作为冷却介质,选用电机与大水箱串联的冷却布置方式,确定出3-6-10L·min-1的三级流量控制策略,从而使电机的冷却在满足工作要求的前提下更加高效、可靠,对电机冷却介质选用和冷却系统设计与优化有一定的指导意义。     

不同工况电动汽车轮毂电机磁场温度场分析

针对电动汽车行驶过程中轮毂电机的温升问题,文章采用试验与仿真相结合的方法,联系汽车具体行驶工况研究电动汽车在空载、负载工况下轮毂电机内部的磁场、温度分布特性。将Maxwell中仿真得到的电机各部位的热源耦合到Ansys Workbench当中,使结果较为准确。结果表明空载负载情况下磁场中各损耗所占比例是有差别的,各部位生热不一样,温度比较高;最后将仿真结果与实际实验作对比,从而验证了磁热耦合方法的正确性。     

新能源电机系统性能匹配优化研究

主要针对新能源电机系统在不同车型上的应用进行性能匹配优化研究。从平台化的车型参数出发进行电机系统参数匹配优化设计,同时进行闭环仿真计算保证车辆的动力性能。在电机系统的效率优化提升方面,基于乘用车常用NEDC工况,获取电机系统在工况下的运行数据,基于仿真数据一方面研究电机系统在对应工况下的高效区间分布;另一方面根据电机系统在驱动和发电状态下的电功率和机械功率计算平均效率,同时结合不同方案下的效率MAP差异,判断不同方案在整车经济性上的表现。通过本文提到的性能匹配优化研究方法,可以缩短开发产品周期,保证项目在前期的输入定位相对准确,从而保证产品开发完成后可以有较强的市场竞争力,可以满足绝大多数车型的需求。更加有利于后续的市场推广。