本文以一台额定功率为50 kW的车用油冷电机为研究对象，建立电机热仿真模型，通过有限元仿真软件，得到了电机工作在额定工况下的温度场；搭建电机温升实验平台验证仿真结果的准确性，并对热仿真过程进行修正。

1 电机参数与热仿真模型

1.1 电机参数

本文研究对象为一台额定功率为50 kW的车用永磁同步电机，冷却方式为直接油冷。电机的基本参数如表1所示。

表1 电机的基本参数

1.2 电机物理模型

由于电机运行过程中发热主体为电机定子，而转子发热小，故本文以电机定子为研究对象。在三维软件中建立电机的三维模型如图1所示，其包括电机壳体、定子铁心、等效绕组及两根进油管。两根进油管靠近绕组一侧均布11个出油孔，冷却油经两根进油管进入，直接喷洒在绕组端部；出油口位于电机左侧，左侧的油直接由出油口流出；电机内右侧的油经电机定转子间气隙、定子铁心与壳体镶嵌结构间隙，流至电机左侧，再由出油口流出。

图1 电机物理模型

1.3 流体域等效处理

本文将电机内的流体域等效成一个整体，如图2所示。流体域中的物质以液态油为主，其材料参数先按液态油设置，后面再做修正。冷却油的材料参数如表2所示。

图2 流体域等效处理图

表2 冷却油材料参数

1.4 数学模型

对所研究的电机三维温度场进行数值分析并建立数学模型。由传热学基本理论知识，设介质各向同性，在直角坐标系下求解域内三维瞬态导热微分方程及其边界条件可表示:

表3 额定工况下的各部分损耗值

2 电机温度场仿真与分析

(a)求解域内电机温度场云图

(b)绕组温度场云图

(c)定子铁心温度场云图

图3 仿真结果

3 温升实验与热仿真模型修正

3.1 电机温升实验

图4 电机温升实验台

图5 仿真与实验温升对比曲线

3.2 热仿真模型修正

图6 修正仿真结果1

图7 修正仿真结果2

4 结 语

本文以一台额定功率为50 kW的车用油冷电机为研究对象，建立电机热仿真模型，通过有限元仿真软件，得到了电机工作在额定工况下的温度场；搭建电机温升实验平台验证仿真结果的准确性，并对热仿真过程进行修正。

1 电机参数与热仿真模型

1.1 电机参数

本文研究对象为一台额定功率为50 kW的车用永磁同步电机，冷却方式为直接油冷。电机的基本参数如表1所示。

表1 电机的基本参数

1.2 电机物理模型

由于电机运行过程中发热主体为电机定子，而转子发热小，故本文以电机定子为研究对象。在三维软件中建立电机的三维模型如图1所示，其包括电机壳体、定子铁心、等效绕组及两根进油管。两根进油管靠近绕组一侧均布11个出油孔，冷却油经两根进油管进入，直接喷洒在绕组端部；出油口位于电机左侧，左侧的油直接由出油口流出；电机内右侧的油经电机定转子间气隙、定子铁心与壳体镶嵌结构间隙，流至电机左侧，再由出油口流出。

图1 电机物理模型

1.3 流体域等效处理

本文将电机内的流体域等效成一个整体，如图2所示。流体域中的物质以液态油为主，其材料参数先按液态油设置，后面再做修正。冷却油的材料参数如表2所示。

图2 流体域等效处理图

表2 冷却油材料参数

1.4 数学模型

对所研究的电机三维温度场进行数值分析并建立数学模型。由传热学基本理论知识，设介质各向同性，在直角坐标系下求解域内三维瞬态导热微分方程及其边界条件可表示:

表3 额定工况下的各部分损耗值

2 电机温度场仿真与分析

(a)求解域内电机温度场云图

(b)绕组温度场云图

(c)定子铁心温度场云图

图3 仿真结果

3 温升实验与热仿真模型修正

3.1 电机温升实验

图4 电机温升实验台

图5 仿真与实验温升对比曲线

3.2 热仿真模型修正

图6 修正仿真结果1

图7 修正仿真结果2

4 结 语