电机水套散热仿真与试验研究

迫札与控制应田２０１５，４２（９）　新能源汽车技术ｌ　Ｅ帅队　
电机水套散热仿真与试验研究　
郭军朝，　章国光，　邓丽梅，　夏青松　
（东风汽车公司技术中心，湖北武汉４３００５８）　

摘要：以自主开发永磁电机轴向平行式水套为研究对象，运用流体仿真技术对冷却水套的流阻进行仿　
真分析，并开展了电机水套流阻台架试验，仿真值和试验值数据一致。同时，运用数值传热技术对水套进出口　
冷却液的温升进行了仿真分析，并开展电机额定工况下冷却水套进出水Ｅｌ的温升试验，温升仿真值与试验值　
的偏差在±１　Ｋ以内。电机冷却水套的流阻和温升数据的对标，均证实了仿真数据的准确性和仿真分析方法　
的可信性。　
关键词：电机；水套；温升　
中图分类号：ＴＭ　３０１．４　１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３－６５４０（２０１５）０９－００６１－０７　

Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　
Ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　Ｗａｔｅｒ－Ｊａｃｋｅｔ　ｏｆ　Ｍｏｔｏｒ　

ＧＵＯ　Ｊｕｎｃｈａｏ，　ＺＨＡＮＧ　Ｇｕｏｇｕａｎｇ，ＤＥＮＧ　Ｌｉｍｅｉ，ＸＩＡ　Ｑｉｎｇｓｏｎｇ　
（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｄｏｎｇｆｅｎｇ　Ｍｏｔｏｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ　４３００５８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｊａｃｋｅｔ　ｐａｒａｌｌｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｘｌｅ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｍｏｔｏｒ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　
ｔｈｅｓｉｓ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｌｕｉｄ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ－ｊａｃｋｅｔ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ｆｌｕｉｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｉｇ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　
ｏｕｔ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｖａｌｕｅｓ　ａｒｅ　ｈｉｇｈｌｙ　ａｇｒｅｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｖａｌｕｅｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ—　
ｊａｃｋｅｔ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｈｅａｔ—ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｅｓｔ　ｕｎｄｅｒ　ｒａｔｅｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｏｔｏｒ　ｉｓ　
ｍａｄｅ．Ｔｈｅ　ｅｒｒｏｒ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｖａｌｕｅｓ　ｉｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　３％．Ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　
ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｇｌｅｅ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｂｅｎｃｈｍａｒｋｉｎｇ　ｗｏｒｋ　ｏｆ　ｆｌｕｉｄ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　
ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｏｔｏｒ；ｗａｔｅｒ　ｊａｃｋｅｔ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　

０　引　言　
电机的温升是衡量电机性能的重要指标之　
一
。

为了降低电机的温升，需要从电机电磁设计、　

结构设计、通风与散热计算等多角度进行分析，进　而提高电机的热可靠性。电机温度过高会破坏电　机绝缘材料和稀土永磁材料，使电机负载能力减　弱，润滑脂寿命下降，电机无法正常工作甚至烧毁。　因此，对电机的冷却，尤其是新能源汽车驱动电机　的充分冷却是电机开发过程中所必需考虑的问题。　运用传统经验算式对一驱动水泵的异步电机的冷　却系统进行了设计和计算，并阐述了水冷系统的优　点和局限性，但该文未展示相关试验　』。将电机和　通讯作者：郭军朝　驱动器视为一个均值的发热源，以热阻等效电路形　式分析电机和驱动器的冷却热阻，进而计算系统流　阻和能量损失。这种等效热阻方式适用于电机热　平衡状态时的散热能力分析　Ｊ。　本文运用流体和传热技术分析东风自主开发永　
磁同步电机的冷却水套设计，仿真分析电机冷却水　
套的流阻，并与台架试验进行对标分析。同时，在开　
展了含电机定子、绕组复杂结构前提下的电机水套　
热态的温升试验和仿真分析，并进行了数据对标工　
作，分析结果证实本文所述的仿真数据是可信的。　

１　电机结构　
本文所述永磁同步电机的结构如图１所示。　

一
６１—　
迫】６乙再控制应用２０１５，４２（９）　新能源汽车技术８　ＥＭＣＡ　
６．３截面温度分析　
在环境温度为２５￣Ｃ、水套入水温度为　
３６．５￣Ｃ、热载荷输入如图１２所示时，提取电机轴　
向和径向截面温度分布如图１８所示，可得定子和　绕组得到了充分冷却。　一　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（Ｃ）　２５　０　３０．３　３５．６　４０．９　４６．２　５１．５　图１８轴向和径向截面温度分布　７　结　语　本文是以东风某款电机水套为研究对象，不　但仿真分析了电机水套的流阻和温升，并且进行　了台架试验和对标工作。同时本文对电机水套流　阻仿真分析技术细节、电机水套换热仿真分析技　术细节部分均进行了翔实的描述。得出如下　结论：　（１）本文仿真分析电机水套的流阻，确认其　达到了目标要求，并且从工程的角度将流阻仿真　数据与试验数据对标，两者的偏差约３　ｋＰａ。　（２）本文是以电机实时损耗试验数据作为仿　真模型的热载荷输入边界，在完成固体域（壳体、　定子、绕组）和流体域（冷却水套）体积网格划分　之后，开展了电机水套温升的计算工作。通过对　标可得电机冷却水套的温升仿真值与台架试验值　
的偏差在４－１　Ｋ以内，表明本文建立的电机散热　
仿真模型是合理的。　
（３）在上述工作基础上开展了电机内对流换　
热系数ＨＴＣ、传递热量、定子温度分布等换热细　
节的可视化分析。这些工作不但加深了对电机换　
热的理解，而且弥补了电机散热试验的不足。　

［２］　
［３］　
［４］　
［５］　［６］　［７］　【参考文献】　吴琳，王宏光．水冷电机冷却系统设计与计算［Ｊ］．　机械设计与制造，２００８（８）：４０－４２．　张舟云．用于电动汽车的电机和驱动器一体化冷　却系统［Ｊ］．同济大学学报，２００５（１０）：１３６７—１３７１．　唐任远．电机设计［Ｍ］．北京：机械工业出版　社，２００８．　王福军．计算流体动力学分析［Ｍ］．北京：清华大　学出版社，２００４．　陶文铨．数值传热学［Ｍ］．西安：西安交通大学出　
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（上接第５１页）　
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ｏｆ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｓｐｅｅｄ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅｓ『Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　
Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００６，７６（２）：９８０－９８７．　
ＫＮＵＤＳＥＮ　Ｈ．ＮＩＥＬＳＥＮ　Ｊ　Ｎ．Ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　
ｓｙｓｔｅｍｓ—ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅｓ　
［Ｍ］．Ｕｎｉｔｅｄ　Ｋｉｎｇｄｏｍ：Ｗｉｌｅｙ，２００５．　
收稿日期：２０１５—０４—１ｌ