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電動汽車的內置式永磁電機冷卻系統(tǒng)

近年來，由于純電動汽車、混合動力汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車能滿足排放法規(guī)和節(jié)能減排的規(guī)定，因此得到了快速發(fā)展。這些電動汽車上使用的電機主要為異步電機和永磁同步電機。由于異步電機的轉速與其旋轉磁場轉速有一定的差值，其調速性能較差，因此汽車上多選用永磁同步電機。為了提高電動汽車的性能，需要提高電機特性（如增加電機輸出功率和減小電機尺寸）。但電機輸出功率的增加往往會使電機溫度升高，當溫度超過150℃時，永久磁鐵出現(xiàn)退磁，反而導致電機功率急劇下降，因而要求電機應具有一套有效的冷卻系統(tǒng)。為此，設計了一個結構緊湊且高輸出功率的內置式永磁電機，給出一種三維冷卻方法，并對其冷卻效果進行模擬。

該電機的設計首先需要考慮電機尺寸、功率和轉矩，以及電機硅鋼板和永久磁鐵材料；之后對該電機的冷卻系統(tǒng)進行設計，這主要是針對冷卻方式和冷卻液材料。電機外殼采用水套冷卻，通過冷卻液的強制循環(huán)耗散電機外部熱量。對于電機內部，轉子采用空心軸設計，并在轉子上開冷卻液孔和冷卻液通道，以將電機內部熱量帶出并耗散掉。以潤滑油作為冷卻劑，并采用雙層油封防止冷卻液泄漏。在設計冷卻液通道時，給出了3種冷卻表面積都是10307mm2的冷卻通道設計方案，通過計算流體動力學軟件分析確定性能最佳的設計方案。同樣，在對轉子冷卻液孔進行設計時，使用同樣的方法分析冷卻液孔傾斜0°、20°、40°、60°和90°時，冷卻性能最佳的設計方案。使用JMAG電磁場分析軟件對電機進行電磁分析，獲得電機工作時產生的熱量。根據(jù)電磁分析結果及利用有限元分析軟件進行熱分析，獲得電機工作溫度。分析結果顯示，與傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)相比，新設計的電機冷卻系統(tǒng)可以提供較好的冷卻效果。因此，電動汽車上采用這種緊湊、高輸出功率的電機可以進一步實現(xiàn)節(jié)能減排。

刊名：Applied Thermal Engineering（英）

刊期：2016年第95期

作者：Kea-Ho Lee

編譯：陳丁躍