路面激励下水冷轮毂电机温度场特性研究

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轮毂电机安装于车轮内,需要满足高功率密度和高转矩密度的要求;同时,由于安装空间狭小封闭,空气流动不通畅,使得轮毂电机散热能力较差,大量的热量如不能及时散出,将严重影响轮毂驱动系统乃至车辆的安全运行。液冷冷却凭借其散热效果较好且成本较低的优势,成为轮毂电机冷却的首选方式。又因为水冷轮毂电机安装在车轮内,轮毂驱动车辆运行时受到路面激励将通过车轮直接作用在轮毂电机上,影响冷却结构内部的流场特性,进而对轮毂电机温度场特性产生重要影响。因此,对不同路面激励下水冷轮毂电机温度场特性进行精确分析,对水冷轮毂电机发热散热问题研究的准确性起到至关重要的作用。在总结国内外相关研究成果的基础上,本文以15k W的水冷永磁同步轮毂电机为研究对象,采用有限元仿真的方法对路面激励下水冷轮毂电机的温度场特性进行研究分析。论文的主要研究内容如下:(1)水冷轮毂电机温度场特性分析。以螺旋型水冷结构的轮毂电机为研究对象,基于热流耦合理论,建立水冷轮毂电机热流耦合分析模型,将计算分析得到不同工况下电机各个部件的生热率作为热载荷加载到电机热流耦合模型上,对水冷轮毂电机热流耦合模型进行分析,得到不同工况下水冷轮毂电机的温度场特性,为后续研究不同路面激励下的水冷轮毂电机温度场特性奠定了基础。(2)路面激励下轮毂电机振动特性分析。以后轮轮毂驱动车辆为研究对象,建立轮毂驱动车辆振动分析模型及路面输入时域模型,通过改变路面输入模型的参数,获得不同路面激励下轮毂电机定子及外壳的振动速度响应特性,为后续研究不同路面激励下的水冷轮毂电机温度场特性提供了较为准确的激励载荷。(3)路面激励下水冷轮毂电机的温度场特性分析。基于前期研究得到的不同路面激励下的载荷及不同工况下的热载荷,通过改变行驶车速及路面等级,对不同路面激励下水冷轮毂电机的温度场特性进行分析,得到不同车速、不同路面等级下水冷轮毂电机的温度场分布;并与前期研究得到的未考虑路面激励下的水冷轮毂电机温度场特性进行对比分析,得到车速、路面等级对水冷轮毂电机温度场特性的影响规律。(4)路面激励下水冷轮毂电机冷却结构优化设计。基于路面激励下水冷轮毂电机的热流耦合模型,采用多元回归方程以及粒子群算法,以水道肋板厚度、进水口流量、进、出水口直径以及冷却水道的高度作为优化变量,以B级路面不同车速下轮毂电机永磁体最高温度、转子温差及轮毂电机最高温度为优化目标对其进行优化设计,从而得到电机的最终冷却结构。并将优化前后的流场及温度场进行对比分析,以验证优化结构的准确性。
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