研究新能源汽車灌封電機(jī)溫度特性

　　摘要：新能源汽車的發(fā)展可以很大程度上降低我國汽車行業(yè)對是石油的依賴性，給汽車行業(yè)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)�，F(xiàn)目前，新能源汽車主要有燃料電池汽車、純電動汽車、增程式混合動力汽車、插電式混合動力汽車等4種，而以上新能源洗車均需要電機(jī)作為驅(qū)動部件，所以電機(jī)對新能源汽車的發(fā)展有著非常重要的作用。而新能源汽車方面的技術(shù)發(fā)展還不成熟，存在較多的問題，其中一個問題便是現(xiàn)有電機(jī)相關(guān)技術(shù)不能滿足新能源汽車對其電機(jī)的要求。為了促進(jìn)新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，本文對新能源汽車灌封電機(jī)的原理、基本參數(shù)、熱參數(shù)以及電機(jī)的流場、溫度場進(jìn)行了研究，總結(jié)了新能源汽車灌封電機(jī)溫度特性。

　　關(guān)鍵詞：新能源汽車;灌封;電機(jī)溫度特性

　　前言

　　近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，能源問題也愈發(fā)凸顯，眾多科學(xué)家轉(zhuǎn)向了新能源的研究。其中，新能源汽車的研究中，大家發(fā)現(xiàn)電機(jī)大小與質(zhì)量對新能源汽車的性能有著大的影響。體積小、功率密度高、質(zhì)量輕的電機(jī)一般均存在著散熱壓力大的問題。為了減少電機(jī)的散熱壓力，已有的方式是為電機(jī)配水套裝置進(jìn)行液冷。現(xiàn)目前的研究重點(diǎn)為如何在電機(jī)殼體與電機(jī)內(nèi)部之間建立導(dǎo)熱性能良好的通道。使用電機(jī)灌封技術(shù)，在定子槽中的繞組和端部繞組處灌入一定量的灌封膠，灌封膠選取熱導(dǎo)率高的材料，能有效改善繞組的導(dǎo)熱效率。

　　新能源論文投稿刊物：《能源基地建設(shè)》創(chuàng)于198年，由中國能源基地研究主辦，能源建設(shè)刊物。旨在宣傳國家關(guān)于能源基地開發(fā)建設(shè)的方針、政策，對能源基地建設(shè)中的綜合性、長遠(yuǎn)性、全局性重大理論與實(shí)踐問題進(jìn)行深入研究和探討。

　　1新能源汽車灌封電機(jī)相關(guān)分析

　　新能源汽車灌封電機(jī)模型

　　新能源汽車灌封電機(jī)的形狀比較復(fù)雜，具有非常多的細(xì)節(jié)特點(diǎn)，部分特點(diǎn)對仿真的影響較小，部分則影響非常大，所以需要對這些細(xì)節(jié)進(jìn)行合理的簡化，主要簡化方式如下：電機(jī)外殼上花紋、倒角、吊耳等對導(dǎo)熱性能影響較小的細(xì)節(jié)可以適當(dāng)進(jìn)行忽略;軸承等需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的部件可以進(jìn)行去除，但需要將其損耗加載在其他位置，避免出現(xiàn)較大的誤差;可以將所有的槽絕緣、端絕緣以及對應(yīng)的繞組等效成為一個整體，但需要注意其熱參數(shù)的等效設(shè)置[1]。

　　新能源汽車灌封電機(jī)基本參數(shù)

　　本次研究采用的是灌封膠水型號為亨斯邁CW30334/HW30335，對應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)為1.2W/(m·K)。進(jìn)行灌封時，注意不能在定子周圍留下縫隙，應(yīng)全部填滿，以隔絕空氣作用。

　　新能源汽車灌封電機(jī)熱參數(shù)

　　一般情況下，電機(jī)在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時，電能存在一定程度的損耗，所以不會完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。這些損耗的能量大多是轉(zhuǎn)化為熱能最后被電機(jī)吸收，使得電機(jī)溫度上升。相關(guān)的損耗主要發(fā)生在機(jī)械損耗、繞組的電阻銅損耗等部位。繞組上銅絲的電阻率會隨著溫度的升高而增加，所以會一定程度上增加銅的損耗量，在進(jìn)行相關(guān)研究時，應(yīng)考慮到這種情況。相關(guān)變化關(guān)系可以通過UDF函數(shù)的功能進(jìn)行計算分析�？梢苑抡嬗嬎憧梢垣@得，在額定工況下，100℃時電機(jī)中各項損耗值為：繞組銅損耗為1410W;機(jī)械損耗為160W;渦流損耗為10W;鐵損耗為570W。繞組的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，包含了多匝線圈、空氣、浸漬漆、層絕緣等多種內(nèi)容，難以實(shí)現(xiàn)完全性建模，所以可以使用等效的方法，將槽內(nèi)繞組等效設(shè)為具有鐵槽心的雙層等效體。內(nèi)層為銅層，主要是銅線等效層;外形為槽內(nèi)絕緣等效層[3]。

　　2新能源汽車灌封電機(jī)的溫度場分析

　　2.1條件設(shè)置

　　基于以上模型及參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，記錄并分析灌封電機(jī)與未灌封電機(jī)的流場與溫度場的異同。設(shè)置兩種電機(jī)均在額定工況下進(jìn)行工作，設(shè)置額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，設(shè)置額定扭矩為100N·m。設(shè)置對應(yīng)邊界條件為：機(jī)殼和端蓋外壁15W/m2K;水道入口水溫為60℃;水道入口直徑為20mm;水道出口無壓力[4]。

　　2.2仿真實(shí)驗(yàn)分析

　　進(jìn)行未灌封電機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，電機(jī)的最高溫度部位為端部繞組，約為120.32℃，其中，定子繞組內(nèi)部溫度高于繞組表面，存在溫度梯度。分析其主要原因是繞組表面存在有絕緣物質(zhì)，其熱阻較大。未灌封電機(jī)中，銅層兩端的中部溫度最高，整個銅層的處于兩端溫度高、中間溫度低的狀態(tài)，最高溫度約為115.89℃。進(jìn)行灌封電機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子出的溫度最高，約為107.47℃，分析其原因?yàn)楣喾獯偈苟ㄗ訙囟容^大幅度的降低。對灌封機(jī)等效銅層溫度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其最高溫度約為97.38℃，與未灌封電機(jī)相比有明顯下降。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)端部繞組部分的上表面溫度最低，靠近轉(zhuǎn)子部位的內(nèi)表面溫度最高，可以清楚的進(jìn)行灌封膠改善端部繞組表面散熱能力的分析。在灌封機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)中，還發(fā)現(xiàn)銅層溫度的變化趨勢與未灌封機(jī)相同，且端部繞組的散熱能力低于槽內(nèi)繞組。

　　2.3實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　本次研究主要使用了溫升試驗(yàn)的方法，將仿真計算結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)溫度進(jìn)行對比。發(fā)現(xiàn)未灌封電機(jī)與灌封電機(jī)傳感器溫度隨時間的變化中最高溫度、最低溫度的仿真值與實(shí)驗(yàn)值之間的差異較小，仿真的精準(zhǔn)度較高，具有一定的研究與工程價值。

　　3總結(jié)

　　新能源汽車灌封電機(jī)推動了新能源汽車工藝的發(fā)展，優(yōu)化了新能源電機(jī)的制作工藝，能有效解決電機(jī)定子繞組灌封AB雙組份樹脂類膠工序。通過本文研究內(nèi)容可得出以下結(jié)論：電機(jī)灌封能較好的改善電機(jī)內(nèi)阻繞組的散熱能力，且對轉(zhuǎn)子的影響較小，不會使轉(zhuǎn)子發(fā)生部分位置溫度升高而變形。未灌封的電機(jī)會在端部繞組與槽內(nèi)繞組之間形成溫度梯度，且槽內(nèi)繞組的散熱能力明顯好于端部繞組，而電機(jī)灌封能夠在電子的機(jī)殼遇端部繞組之間形成導(dǎo)熱通道，增強(qiáng)了端部繞組散熱的能力，在這種情況下，槽內(nèi)繞組的散熱能力依舊高于端部，所以端部繞組的部分熱量還是會通過槽內(nèi)繞組散出。

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