研究新能源汽车灌封电机温度特性

　　摘要：新能源汽车的发展可以很大程度上降低我国汽车行业对是石油的依赖性，给汽车行业发展带来了新的机遇与挑战。现目前，新能源汽车主要有燃料电池汽车、纯电动汽车、增程式混合动力汽车、插电式混合动力汽车等4种，而以上新能源洗车均需要电机作为驱动部件，所以电机对新能源汽车的发展有着非常重要的作用。而新能源汽车方面的技术发展还不成熟，存在较多的问题，其中一个问题便是现有电机相关技术不能满足新能源汽车对其电机的要求。为了促进新能源汽车行业的发展，本文对新能源汽车灌封电机的原理、基本参数、热参数以及电机的流场、温度场进行了研究，总结了新能源汽车灌封电机温度特性。

　　关键词：新能源汽车;灌封;电机温度特性

　　前言

　　近年来，随着我国社会经济与科技的快速发展，能源问题也愈发凸显，众多科学家转向了新能源的研究。其中，新能源汽车的研究中，大家发现电机大小与质量对新能源汽车的性能有着大的影响。体积小、功率密度高、质量轻的电机一般均存在着散热压力大的问题。为了减少电机的散热压力，已有的方式是为电机配水套装置进行液冷。现目前的研究重点为如何在电机壳体与电机内部之间建立导热性能良好的通道。使用电机灌封技术，在定子槽中的绕组和端部绕组处灌入一定量的灌封胶，灌封胶选取热导率高的材料，能有效改善绕组的导热效率。

　　新能源论文投稿刊物：《能源基地建设》创于198年，由中国能源基地研究主办，能源建设刊物。旨在宣传国家关于能源基地开发建设的方针、政策，对能源基地建设中的综合性、长远性、全局性重大理论与实践问题进行深入研究和探讨。

　　1新能源汽车灌封电机相关分析

　　新能源汽车灌封电机模型

　　新能源汽车灌封电机的形状比较复杂，具有非常多的细节特点，部分特点对仿真的影响较小，部分则影响非常大，所以需要对这些细节进行合理的简化，主要简化方式如下：电机外壳上花纹、倒角、吊耳等对导热性能影响较小的细节可以适当进行忽略;轴承等需要进行旋转的部件可以进行去除，但需要将其损耗加载在其他位置，避免出现较大的误差;可以将所有的槽绝缘、端绝缘以及对应的绕组等效成为一个整体，但需要注意其热参数的等效设置[1]。

　　新能源汽车灌封电机基本参数

　　本次研究采用的是灌封胶水型号为亨斯迈CW30334/HW30335，对应的导热系数为1.2W/(m·K)。进行灌封时，注意不能在定子周围留下缝隙，应全部填满，以隔绝空气作用。

　　新能源汽车灌封电机热参数

　　一般情况下，电机在进行运转时，电能存在一定程度的损耗，所以不会完全转化为机械能。这些损耗的能量大多是转化为热能最后被电机吸收，使得电机温度上升。相关的损耗主要发生在机械损耗、绕组的电阻铜损耗等部位。绕组上铜丝的电阻率会随着温度的升高而增加，所以会一定程度上增加铜的损耗量，在进行相关研究时，应考虑到这种情况。相关变化关系可以通过UDF函数的功能进行计算分析。可以仿真计算可以获得，在额定工况下，100℃时电机中各项损耗值为：绕组铜损耗为1410W;机械损耗为160W;涡流损耗为10W;铁损耗为570W。绕组的结构较为复杂，包含了多匝线圈、空气、浸渍漆、层绝缘等多种内容，难以实现完全性建模，所以可以使用等效的方法，将槽内绕组等效设为具有铁槽心的双层等效体。内层为铜层，主要是铜线等效层;外形为槽内绝缘等效层[3]。

　　2新能源汽车灌封电机的温度场分析

　　2.1条件设置

　　基于以上模型及参数设置，进行稳态仿真实验，记录并分析灌封电机与未灌封电机的流场与温度场的异同。设置两种电机均在额定工况下进行工作，设置额定转速为3000r/min，设置额定扭矩为100N·m。设置对应边界条件为：机壳和端盖外壁15W/m2K;水道入口水温为60℃;水道入口直径为20mm;水道出口无压力[4]。

　　2.2仿真实验分析

　　进行未灌封电机仿真实验时发现，电机的最高温度部位为端部绕组，约为120.32℃，其中，定子绕组内部温度高于绕组表面，存在温度梯度。分析其主要原因是绕组表面存在有绝缘物质，其热阻较大。未灌封电机中，铜层两端的中部温度最高，整个铜层的处于两端温度高、中间温度低的状态，最高温度约为115.89℃。进行灌封电机仿真实验时发现，转子出的温度最高，约为107.47℃，分析其原因为灌封促使定子温度较大幅度的降低。对灌封机等效铜层温度进行分析发现，其最高温度约为97.38℃，与未灌封电机相比有明显下降。实验发现端部绕组部分的上表面温度最低，靠近转子部位的内表面温度最高，可以清楚的进行灌封胶改善端部绕组表面散热能力的分析。在灌封机仿真实验中，还发现铜层温度的变化趋势与未灌封机相同，且端部绕组的散热能力低于槽内绕组。

　　2.3实际实验验证

　　本次研究主要使用了温升试验的方法，将仿真计算结果与实际实验温度进行对比。发现未灌封电机与灌封电机传感器温度随时间的变化中最高温度、最低温度的仿真值与实验值之间的差异较小，仿真的精准度较高，具有一定的研究与工程价值。

　　3总结

　　新能源汽车灌封电机推动了新能源汽车工艺的发展，优化了新能源电机的制作工艺，能有效解决电机定子绕组灌封AB双组份树脂类胶工序。通过本文研究内容可得出以下结论：电机灌封能较好的改善电机内阻绕组的散热能力，且对转子的影响较小，不会使转子发生部分位置温度升高而变形。未灌封的电机会在端部绕组与槽内绕组之间形成温度梯度，且槽内绕组的散热能力明显好于端部绕组，而电机灌封能够在电子的机壳遇端部绕组之间形成导热通道，增强了端部绕组散热的能力，在这种情况下，槽内绕组的散热能力依旧高于端部，所以端部绕组的部分热量还是会通过槽内绕组散出。

　　参考文献：

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　　董江东,许时杰,于冰,唐小春.新能源汽车灌封电机温度特性研究[J].电机与控制应用,2019,46(10):92-98+110.

　　黎超华,曾亮,尹超,李鸿岩,姜其斌.电机封装用高性能有机硅灌封胶的研究[J].绝缘材料,2017,50(06):27-31.

　　亨斯迈推出全新爱牢达Araldite电机灌封胶产品[J].环球聚氨酯,2018(09):9.

　　宋真玉.基于新能源汽车电机的灌封胶研究[J].粘接,2019,40(08):1-4.

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