基于对转双转子电机的冷却系统建模与优化

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1、硕士学位论文基于对转双转子电机的冷却系统建模与优化作者姓名刘泽鹏学科专业车辆工程指导教师罗玉涛教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年4月ModelandOptimizationForCoolingSystemBasedonAnti-Directional-Dual-RotorMotorADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuZepengSupervisor：Prof.LuoYutaoSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,C

2、hina分类号：U463.23+4.93学校代号：10561学号：201220101380华南理工大学硕士学位论文基于对转双转子电机的冷却系统建模与优化作者姓名：刘泽鹏指导教师姓名、职称：罗玉涛教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：车辆工程研究方向：电动汽车设计理论及控制技术论文提交日期：2015年4月20日论文答辩日期：2015年6月3日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王振民（教授）委员：汪席文（高级工程师）、曲杰（副教授）、罗玉涛（教授）、吴杰（副教授）摘要双转子电机是一种新型的驱动电机，应用于车辆中，可回收

3、制动能量、差速及驱动，具有重量轻、效率高和功率密度高等优点，是一种极其理想的汽车驱动系统。但是双转子电机由于恶劣的工作环境和工况，损耗热量无法得到较好的散热，有可能导致其温升过高，进而出现双转子电机寿命缩短甚至烧毁的现象。因此有必要为双转子电机设计高效的冷却方案及分析相关的影响因素。双转子电机损耗计算是否准确将直接影响到电机温升问题的进一步研究。为了准确地分析双转子电机的损耗情况，包括绕组损耗、铁芯损耗和永磁体损耗等，本文基于麦克斯韦方程组，提出了电磁有限元数值计算和实验测试相互验证的方法，通过实验测试说明了基于不同的负载电流，该电机在不同转速下具有

4、稳定的转矩特性。而将转矩、输入功率及输出功率的实验和数值计算结果对比分析，进而以该方法为基础，研究了不同转速和负载工况下电机的动态损耗特性。双转子电机温度升高会影响电机的工作性能，也将直接影响到电机的使用寿命和运行的可靠性。利用有限元体积法，根据传热学和计算流体力学的基础理论确定基本求解方法，建立数学模型和物理模型，提出了转速和电流负载工况离散加载的方法，从而全面真实反映自然通风情况下双转子电机内部温度场，从而分析电机内部过热点的分布情况。针对双转子电机存在的散热问题和冷却结构难点，设计了油液喷淋冷却系统。双转子电机内部热源主要有绕组、外转子铁芯、内

5、转子铁芯和永磁体等，均为转动部件。若采用常规的风扇冷却方案，既使得电机重量增加，又无法获得良好的冷却效果。而采用水套冷却方案，对于双转子电机此种特殊电机结构而言，具有较大的结构设计难度。油液冷却方案的原理是利用冷冻机油良好的导热和绝缘性能，将冷冻机油直接喷淋到电机内部，一方面可以使得冷却介质直接与热源接触，提升冷却效果；另外一方面可以在电机内部充当润滑介质，有利于促进电机整体效率提升。针对双转子电机油液喷淋冷却方案，耦合分析电机在综合工况下的温度场分布情况。分析油液冷却方式下电机内部高温升部位的温度降幅情况。同时根据双转子电机的特点，利用不同的数据采

6、集方法，根据变化规律验证数值计算方法的可靠性。I分析影响油液喷淋冷却双转子电机的相关因素，揭示不同敏感因素对于电机的温度影响规律。通过对不同进口油液流速进行数值计算，揭示了油液流速对于电机温升的变化规律。结合有限元数值计算方法，对比分析铁芯损耗和永磁体涡流损耗对于双转子电机的温升变化影响程度及影响部位。利用测量手段，分析绕组电阻变化情况，阐述了电阻随温度变化对于电机铜损的变化规律。关键词：双转子电机；冷却循环系统；温度场；流场；喷淋结构IIAbstractElectricvehicleorhybridvehiclehasavarietyofstruc

7、turalforms,dependingonthetypeofmotoranddrivesystemused.Anti-Directional-Dual-RotorMotorisonekindofnewdrivemotor,whichcombinesdrive,differentialandrecoveryofbrakeenergy,withhighpowerdensity,highefficiencyandlightweight,etc.Itisanidealelectricvehicledrivesystem.However,duetoitspo

8、orworkingconditions,theheatinthisconditioncannotbequic