以某款电动汽车用额定功率为230 kW的油冷扁线电机为研究对象,根据相关参数建立分析模型,并进行高速工况下的损耗分析;基于传热学、流体力学以及有限体积法,对原有结构进行仿真计算,结果表明前、后侧喷油口流速与压力分布不均,导致电机温度场分布不均、温差较大。针对前、后端喷油环喷淋不均、电机内部温差较大的情况,对冷却系统的关键结构参数进行优化设计。然后,计算分析优化后冷却系统的流体场与温度场特性,并与优化前结构进行对比。结果表明优化后喷油环前、后侧出口速度差与压差更为均衡,定子及其绕组前、后端的温差明显降低,绕组最高温度下降了9.1%,前、后侧端部绕组最大温差降低至优化前的17.3%,电机的整体冷却性能显著提高。

给出了绕线式磁力耦合器(Winding Type Magnetic Coupler,WMC)调速及热损耗原理,分析并证明了额定状态下绕线式转子感生电流及发热量为最大;设计出可满足额定状态下WMC散热要求的风路结构,并基于有限元方法对所设计的风路结构进行流场及温度场仿真计算,结果表明(1)WMC主要在气隙宽度的轴向长度方向进行对流换热;(2)流体温度沿永磁体轴向方向逐渐积累,导致永磁体在风路出口端的温度为最大;(3)绕线式转子轴向长度的中部存在环状高温区,此高温区中还存在4个距铁幅轴较远的更高温度区;(4)磁体的平均温度为65.51℃,最高温度为70.33℃,小于稀土永磁N35H的许用温度(80℃);绕线式转子的平均温度为117.69℃,最高温度为133.25℃,小于F级绝缘许用温度(155℃),表明所设计的风路结构合理,可实现大功率WMC的散热要求。

针对内置螺旋管换热的屏蔽电机内部发热和冷却的复杂性及其工况的特殊性,借助有限元分析软件建立屏蔽电机三维温度场整机物理模型,通过仿真计算揭示电机内部温度场的分布规律和冷却介质的流动状态,并分析原因。结果表明:电机的峰值温度出现在定子绕组上端部,值为98.3℃,绝缘按180℃考核,各部件的温升均没有超过其材料的温升限值;热态额定工况下,电机处于安全状态。计算结果可为同类型屏蔽电机的冷却系统设计及温度场计算提供参考。