电动汽车转子油冷电机设计优化解析

今日与大家分享一篇关于电动汽车转子油冷电机设计的深入剖析，文章详尽阐述了油路设计中的变量优化过程，并对不同方案进行了全面对比。本文旨在解析这一设计流程，旨在为广大同仁解决实际问题提供借鉴。

一、油路布局

首先，让我们审视该电机油冷系统的整体布局，其油路走向如下图所示：

相较于传统方案，本方案的创新之处在于，在常规定子水冷的基础上，新增了转子冷却油路。冷却油从前盖流入机壳，绕定子铁芯形成环形油路，再由后盖汇集至转子内部，*终从前盖出口流出。

二、电机油冷结构

为实现上述油路，电机前后盖与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多进出口设计，以降低流阻。

对于转子，采用分段加工后焊接的方式（相关加工工艺可参考另一篇外文，介绍的是轴的摩擦焊工艺，有需要的朋友可加文末微信），转子结构如下图：

三、仿真迭代过程

仿真过程如下图所示：

仿真基于温度场与电磁场的双向耦合分析，首先设定初始温度，通过电磁仿真计算该温度下的损耗，再将损耗传递至温度场分析。如此反复迭代，直至达到稳态。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，转子和定子相对空气间隙的换热系数参考经验值。

四、实际测量验证

测量电机不同位置的实时温度，并与仿真值进行对比分析。以2300rpm，7.38Nm工作状态为例，仿真误差控制在10%以内。皖南电机具体数值见下图：

五、电机优化

1、机壳冷却油道

三种不同形式的油道如下图所示：

分析不同流量条件下的定子和转子温度，如下图：

图表显示，可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，绕组冷却效果明显提高；而c相对于b，冷却效果提升不明显；在冷却油流量较高时，c的冷却效果在绕组和转子方面均不如b，尽管其结构更复杂。这表明在设计机壳油道时，需结合冷却油流量进行设计，以找到*佳冷却方案。

2、转子进出油口

转子的进油口和出油口角度为可选变量，变量设置如下图所示角度。安徽皖南电机

通过对几组特定角度值进行仿真，得出如下结果：

对比可知，第三组组合为*优解。

六、测试方法

实际样机在定子机壳上开设六个油冷通道，如下图所示：

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，采用标签纸进行测定。测量点如下：

试验系统：

七、试验结果

三种条件：风冷、单壳体油冷和壳体加轴油冷

结果：

风冷在80分钟后电机温度130℃，且未达到平衡

单壳体油冷在80分钟后电机温度110℃，达到平衡

壳体加轴油冷在30分钟后电机温度80℃，达到平衡

此外，从时间轴上比较，单壳体油冷与壳体加轴油冷在10分钟前冷却效果相似，30分钟后，两者冷却效果明显区别，且差距持续扩大。

此方案与常见单壳体冷却和喷油方案的冷却效果对比，如下表：

八、总结

相较于传统风冷，本方案线圈温度降低了50%，与单壳体油冷方案相比，线圈温度降低了38%，因此是一种有效的提高电机冷却能力的方案。皖南电机