一种电动汽车电机的水冷设计–2011.doc

一种电动汽车电机的水冷设计 摘要：新能源汽车作为节能、环保产品广泛应用于汽车工业，汽车驱动选用永磁无刷电机能有效地解决电机在实际应用中存在的低速起动、制动性能好、小电流消耗等问题，同时具有可靠、高效、节能等优点。电机的散热问题影响电机的安全运行，通过机壳水冷系统，采用周向水路设计，能够有效散失电机长时间运转产生的热量，达到良好的散热效果。 关键词：冷却方式 电动机 电动汽车 水冷 随着石油危机的出现，全球范围内能源问题成为关注的焦点，人们的环保意识越来越强，然而，公交车作为城市主要污染源之一却成为人们生活中不可缺少的交通工具，汽车工业环保、节能的呼声不断提高，电动汽车作为新能源汽车将是21世纪清洁、高效和节能的发展趋势。近几年来，电机技术、机械制造技术和自动控制技术的不断发展，推动了我国电机技术的发展进步，电机在汽车驱动的应用领域越来越广，直流电机、交流电机、无刷电机、异步电机和开关磁阻电机等作为驱动电机已取得了较好的应用效果。 一、电动汽车用电机类型的选择 电机是电动汽车的核心关键部件，它的性能要求功率体积比大，输出转矩大，使用电流小，过载能力强，适合频繁启动、加速、制动的工作状态。各种各样的汽车驱动用电机在不同的科研单位、院校、企业有着不同选型，主要从性能、价格、效率、重量等方面综合考虑。 （一）目前电动汽车用几种常用的电机 直流电机 直流电机具有转矩大，过载能力强和比较好的控制特性，可实现平滑而经济的调速，缺点是电流换向需要电刷，受机械换向的影响，电机只能在中低速下运行，电刷的维修和更换比较复杂，影响电机使用寿命，而且它的重量大，效率低。在电动汽车研发的初期阶段，多选用直流电机。 交流电机 交流电机的主要优点是可靠性高，价格较低，重量轻，但启动转矩小，起动电流大，效率低，能量回馈性能差，运行中消耗电能大，受电池因素制约大。 无刷电机 无刷电机用电子元器件代替了碳刷，使换向无机械接触，无火花换向，具有低速大转矩，噪音小，效率高，寿命长，过载能力强等优点，但是控制器的成本偏高，不适用高磁场的地方。 开关磁阻电机 开关磁阻电机具有低速大转矩、可靠性好、成本较低、起动性能好，没有大的冲击电流等优点，它兼有交流感应电机变频调速和直流电机调速的优点，缺点是噪声较大、低速振动大、效率偏低，能量回馈差。 （二）电动汽车电机的选型确定 随着电机技术的迅速发展，电子电力技术的不断更新，新技术、新材料、新工艺的应用，永磁无刷电机环保、节能、高效的特性用于汽车电机的优势越来越明显。永磁无刷电机采用高能永磁材料，转子无绕组，制动效果好；具有低速大扭矩，能够提供大的起动转矩，满足加速要求；电磁时间常数小，动态性能好，调速范围宽；过载能力强，电机发生堵转时防护能力强；体积小，重量轻，功率密度高等优点。电机设计参数为：额定功率150KW，额定转矩600NM，外径φ488cm。 二、电机散热问题的探讨 电机作为汽车驱动可实现极低排放或零排放，然而电机具有其运行特性，电机定子铁心，定子绕组在运动过程中都会产生损耗，这些损耗以热量的形式向外发散，需要有效的冷却介质及冷却方式来带走热量，保证电机在一个稳定的冷热循环平衡的通风系统中安全可靠运行。?电机冷却系统设计的好坏将直接影响电机的安全运行，下面针对电动汽车电机的散热问题进行研究探讨。 （一）、电机常用的冷却方式及其特点 电机在进行能量转换时，总是有一小部分损耗转变成热量，它必须通过电机外壳和周围介质不断将热量散发出去，这个散发热量的过程，我们就称为冷却。电动机主要冷却方式有自然冷却、风冷和水冷。 自然冷却 自然冷却依靠电机铁心自身的热传递，散去电机产生的热量，热量通过封闭的机壳表面传递给周围介质，其散热面积为机壳的表面，为增加散热面积，机壳表面可加冷却筋。 自然冷却具有结构简单，不需要辅助设施就能实现，但自然冷却效率差，仅适用于转速低，负载转矩小，电机发热量较小的小型电动机。 风冷 风冷是电机自带同轴风扇来形成内风路循环或外风路循环，通过风扇产生足够的风量，带走电机所产生的热量。介质为电机周围的空气，空气直接送入电机内，吸收热量后向周围环境排出。 风冷具有冷却效果好；可使用风冷却器，采用循环空气冷却器避免腐蚀物和磨粒，有利于提高电动机的使用寿命；结构相对简单，电动机冷却成本较低。但受环境因素的制约，在恶劣的工业环境中，例如高温、粉尘、污垢和恶劣的天气下无法使用风冷。风冷适用于常用于一般清洁、无腐蚀、无爆炸环境下的电机。 水冷 水冷是将水通过管道和通路引入定子或转子空心导体内部，通过循环水不断的流动，带走电机转子和定子产生的热量，达到对电机的冷却功能。? 水冷的冷却效果比风冷更显著，无热量散发到环境中。但是，需要良好的机械密封装置，水循环系统结构复杂，存在渗漏隐患，如果发生水渗漏，会造成电机绝缘破坏，可能烧毁