电动汽车转子油冷电机方案解读

汽车 2024-12-26 20:02 北京

油路走向

首先，来看一下我们要探讨的电机油冷的整体方案，其油路的走向如下图所示。

这个方案与传统方案相对，特殊的地方在于，在一般的定子水冷方案的基础上，增加了转子的冷却油路。冷却油从前盖流进机壳，在定子铁芯形成环形油路，由后盖汇集到转子内部，从转子内部到达前盖的出口。

电机油冷结构

为实现以上油路，电机前后盖和机壳的结构如下图所示：

值得一提的是，电机机壳的轴向油道采用了多个进出口的方式，这样油道的流阻比较小。

另外，对转子来说，采用了分两段加工后再焊接的形式，转子的结构如下图所示。

仿真迭代过程

仿真基本过程如下图所示。

仿真的过程就基于温度场和电磁场的双向耦合分析，首先给出初始温度，再通过电磁仿真计算在这一温度下的损耗，再将损耗传递给温度场分析。如此反复迭代，直到稳态。为缩短仿真时间，电磁场仿真采用2D数模，温度场仿真采用3D数模，关于转子和定子相对空气间隙的换热系数参考经验值。

实际测量验证

测量电机不同位置和实际温度值，与仿真值进行了对比分析。以2300rpm，7.38Nm工作状态为例，可以得到仿真误差在10%以内。具体的数值如下图所示。

电机的优化

1、机壳冷却油道

三种不同形式下的油道如下图所示。

分析在不同流量的条件下，三种结构的定子和转子温度如下图所示。

由图表可知，我们可以根据系统流量和温度要求，综合考虑后，确定机壳油道结构。

显而易见的是，从a到b，在冷却油流量较低时，绕组的冷却效果得到了明显提高，而c相对于b，冷却效果提高不明显；在冷却油流量较高时，c的冷却效果无论是绕组还是转子都不如b，即使其结构更加复杂。这表明在我们设计机壳油道时，需要结合冷却油的流量来设计，从而找到一个流量和通道设计相匹配的最佳冷却方案。

2、转子进出油口

转子的进油口和出油口的角度是可选的变量，其变量可设置为如下图所示角度。

通过对几组特定角度值进行仿真，可得出如下图所示结果。

对比可知，第三组组合为最优解。

测试方法

实际样机在定子机壳上开了六个油冷通道。如下图：

测量定转子温度，在定子线包、铁芯、机壳上分别放置热敏电阻，转子上无法直接测量，采用标签纸来测定。测量点如下图所示。

试验系统：

试验结果

三种条件：风冷、单壳体油冷和壳体加轴油冷

结果：

1）风冷在80分钟后电机温度130℃，而且未达到平衡。

2）单壳体油冷在80分钟后电机温度110℃，达到平衡。

3）壳体加轴油冷在30分钟后电机温度80℃，达到平衡。

另外，从时间轴上比较，单壳体油冷与壳体加轴油冷在10分钟之前，冷却效果大体相同，30分钟之后，两者冷却效果有明显区别，并且这种区别的趋势在扩大。

此方案与常见的单壳体冷却和喷油方案的冷却效果对比，见下表。

总结

此方案与传统的风冷相比，线圈温度下降了50%，与单壳体油冷方案相比，线圈温度下降了38%，故是一种有效的提高电机冷却能力的方案。

来源：汽车商友圈

编辑 ▎于永初

审核 ▎曹雪雷

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