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汽车|电动汽车用轮毂电动机磁热耦合仿真分析( 三 )


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表5 轮毂电动机各边界面对流散热系数 （单位：W/m2·K）
额定工况下轮毂电动机温度场仿真结果分析
进行瞬态温度场求解后 ， 得到额定工况下的轮毂电动机运行3 600s时的最高温升变化曲线 ， 如图6所示 。 电动机的最高温升随时间成递增趋势 ， 在前半段电动机的温升速率较快 ， 在后半段逐渐趋于稳定 ， 在3 600s时的最高温度为122.23℃ ， 最高温升为99.747℃ 。 样机的绝缘材料耐温等级为B级 ， 即最高允许温度为130℃ ， 所以电动机在额定工况下连续工作1h时间是安全可靠的 。
汽车|电动汽车用轮毂电动机磁热耦合仿真分析
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图6 额定工况下的电动机温升变化曲线
整体温度分布云图和各部件的温度分布云图 ， 如图7所示 。 从温度场仿真结果可知 ， 绕组部分的温度最高 ， 这和损耗分析时绕组是电动机中最大热源的结果一致：绕组最高温度为122.23℃ ， 最低温度为121.45℃ 。 由于槽绝缘的隔热作用 ， 绕组的最高温度区域出现在绕组中间位置 ， 最低温度区域出现在两端 ， 但是绕组的温度差异较小 ， 整体温度分布较为均匀 。
汽车|电动汽车用轮毂电动机磁热耦合仿真分析
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图7 电动机整体温度分布
定子的最高温度区域出现在槽底部与定子轭内圆之间的位置 ， 因为定子的位置与绕组位置最接近 ， 并且定子本身也是发热源 ， 所以定子的最高温度仅次于绕组 ， 最高温度为120.78℃ 。
永磁体的温差较大 ， 最高温度为118.22℃ ， 最低温度为113.24℃ 。 由于磁极内圆处接近温度较高的定子 ， 外圆接近散热较好的转子与外壳 ， 所以磁极内圆与外圆形成了一个4.98℃的温差范围 。
试验验证
为了验证本文轮毂电动机温度场仿真方法的正确性 ， 需要对轮毂电动机进行温升试验 。 运用温度传感器埋入绕组端部 ， 以检测端部温度变化 ， 并运用红外温度计测量电动机外壳温度 。 试验所用的检测平台为轮毂电动机综合性能试验台 ， 该试验台由测功仪、控制器、试验架、温度传感器等部件组成 。
为了减小试验值和仿真值的对比误差 ， 则需要使试验条件和仿真条件基本相同 ， 控制实验室初始环境温度为22℃ 。 在试验过程中运用测功仪和控制器配合 ， 使轮毂电动机在额定负载工况下连续平稳运行1h ， 并以5min为时间段记录温度数据 。 将得到的温升试验结果与仿真结果进行对比 ， 对比曲线如图8所示 。
汽车|电动汽车用轮毂电动机磁热耦合仿真分析
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图8 轮毂电动机温度试验与仿真对比曲线
由图8轮毂电动机温升试验与仿真的对比曲线可知 ， 转子外壳的仿真结果与试验结果几乎一致 ， 误差在2%以内 。 绕组端部的仿真误差较大 ， 最终稳定时的误差相差约2.2 ， 但整体误差在5%以下 ， 该结果在工程计算的误差允许范围内 。 所以与通过试验结果的比对 ， 验证了本文采用的磁-热耦合仿真计算轮毂电动机温度场的方法的正确性 ， 同时也验证了该方法能够运用于电动机初期设计中 ， 并且能为轮毂电动机散热结构的设计提供重要的参考依据 。
结 语
本文通过磁热耦合的方法 ， 对一台4kW电动汽车用轮毂电动机的温度场进行了研究 ， 得出以下结论：
1）通过将轮毂电动机温度场的仿真结果和试验结果进行对比 ， 验证了本文用电磁损耗为热源和散热系数相结合的磁热耦合分析方法的正确性 。
2）仿真误差低于5% ， 验证了本文运用简化模型和散热边界条件计算方法的正确性 。 该方法能够有效增加求解速度 ， 并保证求解精度 。
【汽车|电动汽车用轮毂电动机磁热耦合仿真分析】3）本文采用的磁热耦合分析的方法 ， 能够快速准确得到轮毂电动机各部件的温度场分布情况 ， 能够为轮毂电动机冷却结构的设计提供重要的参考依据 。


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