轮毂电机轴向U型水道冷却结构研究

刘卓; 闫业翠

doi:10.12299/jsues.23-0183

轮毂电机轴向U型水道冷却结构研究

doi: 10.12299/jsues.23-0183

刘卓,
闫业翠^,

上海工程技术大学, 机械与汽车工程学院, 上海201620

详细信息

作者简介:
刘卓：刘　卓（1999−），男，在读硕士，研究方向为新能源汽车电机设计. E-mail：lz.summer@foxmail.com

通讯作者:
闫业翠（1978−），女，讲师，博士，研究方向为驱动电机与控制，E-mail：yanyecui@sues.edu.cn

中图分类号: TM32
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出版历程
- 收稿日期: 2023-08-17
- 录用日期: 2023-08-17
- 刊出日期: 2023-09-30

Research on axial U-shaped water channel cooling structure of hub motor

LIU Zhuo,
YAN Yecui^,

School of Mechanical and Automotive Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China

摘要

摘要: 为解决电动汽车运行中轮毂电机散热困难及端部绕组高温的问题，以一款电动汽车外转子轮毂电机为研究对象，提出一种新型的轴向U型水道冷却结构设计. 建立轮毂电机磁热耦合仿真模型，通过对电机损耗分析获得电机温度场分布，进行轴向U型水道的设计与流热耦合分析. 结果表明，采用U型冷却流道后，电机内部的高温，特别是端部绕组的高温问题得到有效改善，温升降低了28.7%.
- 轮毂电机 /
- 磁热耦合 /
- 损耗分析 /
- 流热耦合 /
- 冷却
Abstract: In order to solve the problems of heat dissipation difficulty and high temperature of end windings in the operation of electric vehicles, a new type of axial U-shaped water channel cooling structure design was proposed by taking an external rotor hub motor of electric vehicles as the research object. Firstly, the magnetothermal coupling simulation model of the hub motor was established, the temperature field distribution of the motor was obtained through the motor loss analysis, and the design and fluid-thermal coupling analysis of the axial U-shaped waterway were carried out. The results show that the use of U-shaped cooling channel could effectively improved the high temperature inside the motor, especially the high temperature problem of the end winding, and the temperature rise was reduced by 28.7%.
- hub motor /
- magnetothermal coupling /
- loss analysis /
- fluid-thermal coupling /
- cooling

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图 1 轮毂电机二维有限元仿真图

Figure 1. Hub Motor 2D finite element simulation diagram

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图 2 轮毂电机三维模型图

Figure 2. Hub Motor 3D model drawing

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图 3 轮毂电机磁密分布云图

Figure 3. Cloud map of magnetic dense distribution of hub motor

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图 4 电机各部分损耗曲线

Figure 4. Loss curve of each part of motor

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图 5 温度场仿真流程图

Figure 5. Flow chart of temperature field simulation

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图 6 网格划分图

Figure 6. Mesh division diagram of hub motor

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图 7 轮毂电机整体热源分布

Figure 7. Hub-motor's overall heat source distribution

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图 8 定子温度分布图

Figure 8. Stator temperature distribution graph

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图 9 转子温度分布图

Figure 9. Stator temperature distribution graph

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图 10 轮毂电机传热路径示意图

Figure 10. Schematic diagram of heat transfer path of hub motor

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图 11 电机温度分布图

Figure 11. Motor temperature distribution diagram

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图 12 永磁体温度分布图

Figure 12. Magnet temperature distribution plot

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图 13 绕组温度分布图

Figure 13. Winding temperature distribution diagram

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图 14 定子温度分布图

Figure 14. Stator temperature distribution graph

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表 1 电机主要参数

Table 1. Main parameters of motor

参数名称	参数值
额定功率/kW	25
额定转速/(r·min⁻¹)	1000
定子直径/mm	200
永磁体长度/mm	120
气隙厚度/mm	1.5
铁心长度/mm	120
绕组层数	4
槽/极数	36，6

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表 2 额定工况下轮毂电机主要损耗

Table 2. Main losses of hub-motor under rated conditions

部件		损耗功率/W
定子		66.54
转子		1.21
槽内绕组		1482.49
永磁体		8.04

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表 3 各部位的损耗功率

Table 3. Power lost in each part

部件	损耗功率/W
绕组	1431.56
定子	66.57
转子	1.29
永磁体	7.80

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表 4 冷却前后的温度

Table 4. Temperature before and after cooling

部位	冷却前温度/℃	冷却后温度/℃	温度降低百分比/%
定子	157.3	66.0	58.0
转子	88.7	55.0	38.0
磁铁	92.4	71.9	22.2
端部绕组	160.8	114.0	29.1
槽内绕组	163.0	102.0	37.4

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