今天Gary給大家帶來一篇關于電動汽車轉子油冷電機方案的文獻解讀，文章詳細介紹了油路設計中各個變量的優化過程并對各個方案進行了對比分析。本文對其設計過程進行解讀，希望對大家解決實際問題有所幫助。

一、油路走向

首先，來看一下我們要探討的電機油冷的整體方案，其油路的走向如下圖所示：

這個方案與傳統方案相對，特殊的地方在于，在一般的定子水冷方案的基礎上，增加了轉子的冷卻油路。冷卻油從前蓋流進機殼，在定子鐵芯形成環形油路，由后蓋匯集到轉子內部，從轉子內部到達前蓋的出口。

二、電機油冷結構

為實現以上油路，電機前后蓋和機殼的結構如下圖所示：

值得一提的是電機機殼的軸向油道采用了多個進出口的方式，這樣油道的流阻比較小。

另外，對轉子來說，采用了分兩段加工后再焊接的形式（這個加工工藝可參考另一篇外文，介紹的是軸的摩擦焊工藝，需要的朋友可以加文末我的微信），轉子的結構如下圖：

三、仿真迭代過程

仿真基本過程如下圖所示：

仿真的過程就基于溫度場和電磁場的雙向耦合分析，首先給出初始溫度，再通過電磁仿真計算在這一溫度下的損耗，再將損耗傳遞給溫度場分析。如此反復迭代，直到穩態。為縮短仿真時間，電磁場仿真采用2D數模，溫度場仿真采用3D數模，關于轉子和定子相對空氣間隙的換熱系數參考經驗值。

四、實際測量驗證

測量電機不同位置和實際溫度值，與仿真值進行了對比分析。以2300rpm，7.38Nm工作狀態為例，可以得到仿真誤差在10%以內。具體的數值見下圖：

五、電機的優化

1、機殼冷卻油道

三種不同形式下的油道如下圖：

分析在不同流量的條件下，三種結構的定子和轉子溫度如下圖：

由圖表可知，我們可以根據系統流量和溫度要求，綜合考慮后，確定機殼油道結構。顯而易見的是，從a到b，在冷卻油流量較低時，繞組的冷卻效果得到了明顯提高，而c相對于b，冷卻效果提高不明顯；在冷卻油流量較高時，c的冷卻效果無論是繞組還是轉子都不如b，即使其結構更加復雜。這表明在我們設計機殼油道時，需要結合冷卻油的流量來設計，從而找到一個流量和通道設計相匹配的最佳冷卻方案。

2、轉子進出油口

轉子的進油口和出油口的角度是可選的變量，其變量可設置為如下圖所示角度。

通過對幾組特定角度值進行仿真，可得出如下圖所示結果。

對比可知，第三組組合為最優解。

六、測試方法

實際樣機在定子機殼上開了六個油冷通道。如下圖：

測量定轉子溫度，在定子線包、鐵芯、機殼上分別放置熱敏電阻，轉子上無法直接測量，采用標簽紙來測定。測量點如下：

試驗系統：

七、試驗結果

三種條件：風冷、單殼體油冷和殼體加軸油冷

結果：

風冷在80分鐘后電機溫度130℃，而且未達到平衡

單殼體油冷在80分鐘后電機溫度110℃，達到平衡

殼體加軸油冷在30分鐘后電機溫度80℃，達到平衡

另外，從時間軸上比較，單殼體油冷與殼體加軸油冷在10分鐘之前，冷卻效果大體相同，30分鐘之后，兩者冷卻效果有明顯區別，并且這種區別的趨勢在擴大。

此方案與常見的單殼體冷卻和噴油方案的冷卻效果對比，如下表：

八、總結

此方案與傳統的風冷相比，線圈溫度下降了50%，與單殼體油冷方案相比，線圈溫度下降了38%，故是一種有效的提高電機冷卻能力的方案。

審核編輯 ：李倩