【摘 要】
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外转子轮毂电机采用直接驱动方式,无减速驱动装置,结构紧凑,轴向尺寸相对减速驱动轮毂电机小。外转子轮毂电机直接安装在轮毂内,采用封闭式结构。轮毂电机内部空间狭小,受空间体积限制,轮毂电机电磁负荷过高引起自身温度升高,若缺少良好的散热装置或冷却结构欠佳会致使轮毂电机定子铁芯局部温度过高、永磁体永久不可逆退磁、铜绕组绝缘热老化,严重时甚至会因绕组烧毁而导致轮毂电机故障。因此,为保证外转子轮毂电机可靠、安
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外转子轮毂电机采用直接驱动方式,无减速驱动装置,结构紧凑,轴向尺寸相对减速驱动轮毂电机小。外转子轮毂电机直接安装在轮毂内,采用封闭式结构。轮毂电机内部空间狭小,受空间体积限制,轮毂电机电磁负荷过高引起自身温度升高,若缺少良好的散热装置或冷却结构欠佳会致使轮毂电机定子铁芯局部温度过高、永磁体永久不可逆退磁、铜绕组绝缘热老化,严重时甚至会因绕组烧毁而导致轮毂电机故障。因此,为保证外转子轮毂电机可靠、安全、稳定运行,需要采用合适的冷却方式控制温升。针对轮毂电机定子绕组温度过高、散热困难的问题,旨在通过降低轮毂电机电磁损耗,并进行水路优化设计到达在保证输出功率的同时,抑制电机过热。本文以一台75k W-800rpm外转子三相永磁同步轮毂电机为例,构建轮毂电机二维电磁模型,通过电磁分析得到电压、转矩、转速、气隙磁密等电磁参数,对电磁转矩及气隙磁密进行傅里叶分解和谐波分析,并计算不同槽宽和极弧系数下的齿槽转矩,进一步计算该电磁模型得出永磁体涡流损耗,定子绕组铜耗以及定子铁芯铁耗,并获得永磁体、绕组、定子铁芯的热密值。依据轮毂电机冷却结构特点,基于传热学和流体流动理论,给出基本假设及边界条件,建立外转子永磁同步轮毂电机全空间三维流固耦合传热模型,通过网格离散,并结合轮毂电机各结构件的生热率,基于有限元法,考虑外转子旋转,施加滑移网格对轮毂电机全域流固耦合传热模型进行数值求解,得到轮毂电机定转子铁芯、永磁体、定子绕组及水道温度分布规律,同时,搭建轮毂电机热网络模型,对该模型进行热分析,得到轮毂电机各结构件的温度。为验证理论分析方法的正确性和所得结果的准确性,进一步完善高性能、集成化的轮毂电机及其控制系统试验研究平台,开展轮毂电机温升实验,将实测温度与所提方法计算得到的温度进行对比,验证轮毂电机三维流固耦合传热模型与热网络模型的合理性及计算结果的准确性。为外转子轮毂电机热分析奠定了良好的基础,也为轮毂电机散热技术问题的研究提供一种新的思路。
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