【摘 要】
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永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM）具有体积小、效率高、功率密度高等优势,在新能源汽车行业得到了广泛应用。但是高密度电机所带来的高温升直接影响电机运行的稳定性。因此,需要准确计算电机的温升及设计高效的冷却散热系统,使电机可靠运行。本文以高密度永磁同步电机为研究对象,仿真分析了电机的基本电磁特性,并计算了电机在不同工况下的损耗,同时对电机
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永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM）具有体积小、效率高、功率密度高等优势,在新能源汽车行业得到了广泛应用。但是高密度电机所带来的高温升直接影响电机运行的稳定性。因此,需要准确计算电机的温升及设计高效的冷却散热系统,使电机可靠运行。本文以高密度永磁同步电机为研究对象,仿真分析了电机的基本电磁特性,并计算了电机在不同工况下的损耗,同时对电机的温升进行了仿真计算;最后在高密度永磁同步电机热模型分析的基础上,进行电机水冷系统的设计。主要内容如下:首先,根据电机的性能指标对电机的主要尺寸、转子结构、极槽配合及定子绕组的选取进行设计,并建立了高密度永磁电机二维有限元仿真模型,通过有限元软件仿真分析了电机在不同工况下的基本电磁性能,进而验证了该电机设计的合理性。其次,在额定工况下,对定子铁芯上5个典型位置的径向和切向磁密变化规律及其各次谐波幅值大小进行了仿真分析,获得了定子铁芯上各个区域的磁化方式;计算了电机在不同工况下的定、转子铁芯损耗及永磁体涡流损耗,对于绕组铜耗和机械损耗,采用经验公式进行简化计算。通过上述分析确定了电机各部件的发热源情况。再次,基于高密度永磁同步电机的拓扑结构和损耗分析,利用Fluent软件建立高密度永磁电机温度场的计算模型。通过网格剖分及设定边界条件,对电机在自然散热下的稳定温升进行了仿真计算,从而获得了电机温度分布规律。最后,为降低高密度永磁同步电机的温升,设计了螺旋型和轴向Z字型两种水道的冷却机壳模型;仿真计算了两种冷却水道的流场、压力场以及温度场分布情况;同时在螺旋型水道下,对电机各部件在不同冷却水流速下的温升进行了分析。结果表明,本文所设计的水冷系统能够很好地降低电机温升,同时通过合理地选择冷却水流速,能够更好地控制电机温升。
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