電動(dòng)汽車用油內(nèi)冷永磁輪轂電機(jī)三維溫度場(chǎng)分析

王曉遠(yuǎn)， 高鵬

（天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，天津300072）

電動(dòng)汽車用油內(nèi)冷永磁輪轂電機(jī)三維溫度場(chǎng)分析

王曉遠(yuǎn)， 高鵬

（天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，天津300072）

根據(jù)外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)及變壓器油的物理特性，提出油內(nèi)冷輪轂電機(jī)冷卻方式。以實(shí)際樣機(jī)為例，在傳熱學(xué)理論和有限元方法的基礎(chǔ)上，對(duì)輪轂電機(jī)各部件間的導(dǎo)熱系數(shù)和散熱系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，并分別建立了采用自然冷卻和油內(nèi)冷冷卻方式輪轂電機(jī)的3-D溫度場(chǎng)有限元分析模型?；谒⒌哪Ｐ?，計(jì)算并得到了不同冷卻方式下輪轂電機(jī)各部件的溫升曲線和溫度場(chǎng)分布。通過計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，驗(yàn)證了有限元分析的正確性和油內(nèi)冷冷卻方式的有效性和實(shí)用性。

輪轂電機(jī)；油內(nèi)冷；溫度場(chǎng)；有限元法；自然冷卻

0　引言

輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是將輪轂電機(jī)安裝于電動(dòng)汽車車輪內(nèi)部驅(qū)動(dòng)車輪同軸旋轉(zhuǎn)，省卻了機(jī)械離合器、變速箱、減速器、傳動(dòng)軸等復(fù)雜裝置，簡(jiǎn)化了汽車的結(jié)構(gòu)，提升了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳動(dòng)效率［1］。為了滿足電動(dòng)汽車運(yùn)行的實(shí)際需求，輪轂電機(jī)需滿足高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度和結(jié)構(gòu)緊湊等要求。對(duì)于內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子式的輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)，定子中的損耗所產(chǎn)生的熱量難以傳遞至機(jī)殼并散發(fā)出去，導(dǎo)致輪轂電機(jī)的內(nèi)部溫升變高。過高的溫升會(huì)影響電機(jī)性能，電機(jī)過熱易引起運(yùn)行故障，影響電機(jī)的使用壽命［2］，因此采用合理的電機(jī)冷卻方式對(duì)于輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)至關(guān)重要。

目前，常用的電機(jī)冷卻方式包括強(qiáng)迫風(fēng)冷［3-6］、循環(huán)水冷［2、7-8］和油內(nèi)冷等。強(qiáng)迫風(fēng)冷，成本較低，但是相對(duì)冷卻效果較差。循環(huán)水冷，以凈化水為冷卻介質(zhì)，一種方式是在定子繞組中嵌入導(dǎo)水管，通過導(dǎo)水管內(nèi)水的循環(huán)流動(dòng)實(shí)現(xiàn)冷卻電機(jī)繞組的目的。另一種方式是在電機(jī)定子機(jī)殼中設(shè)計(jì)冷卻水道，通過冷卻水道內(nèi)水的循環(huán)流動(dòng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)冷卻的目的。對(duì)于外轉(zhuǎn)子式的輪轂電機(jī)，強(qiáng)迫風(fēng)冷方式難以降低電機(jī)內(nèi)部的溫升，循序水冷方式會(huì)提高電機(jī)的結(jié)構(gòu)要求和設(shè)計(jì)難度。相對(duì)于強(qiáng)迫風(fēng)冷和循環(huán)水冷，油內(nèi)冷電機(jī)冷卻方式更加適合外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)。此外，利用變壓器油的導(dǎo)熱系數(shù)大、絕緣強(qiáng)度高、粘滯系數(shù)低等特點(diǎn)，以變壓器油為冷卻介質(zhì)填充到輪轂電機(jī)內(nèi)部，將電機(jī)內(nèi)部熱量傳遞至機(jī)殼并散發(fā)出去，可實(shí)現(xiàn)降低電機(jī)溫升的目的。目前，對(duì)油內(nèi)冷輪轂電機(jī)冷卻方式進(jìn)行研究分析的文獻(xiàn)還鮮見報(bào)道。

本文根據(jù)外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)及變壓器油的物理特性，提出了油內(nèi)冷輪轂電機(jī)冷卻方式。以實(shí)際輪轂電機(jī)樣機(jī)為例，分別建立了采用自然冷卻和油內(nèi)冷冷卻方式的輪轂電機(jī)3-D溫度場(chǎng)有限元分析模型。對(duì)額定工況條件下運(yùn)行的輪轂電機(jī)進(jìn)行了溫度場(chǎng)分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)有限元分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)比了自然冷卻和油內(nèi)冷冷卻方式的冷卻效果，驗(yàn)證了有限元分析的正確性和油內(nèi)冷冷卻方式的實(shí)用性。

1　輪轂電機(jī)模型

1.1輪轂電機(jī)分析模型

以一臺(tái)電動(dòng)汽車用外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)為研究對(duì)象，主要包括采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組的內(nèi)定子和與兩端蓋相連接的外轉(zhuǎn)子兩部分。電機(jī)的內(nèi)定子通過定子支架與電機(jī)軸相連接，軸內(nèi)通出電源線。外轉(zhuǎn)子與兩端蓋固定連接，其中電機(jī)的一側(cè)端蓋與電動(dòng)汽車的輪輞相連，轉(zhuǎn)子與車輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。輪轂電機(jī)參數(shù)如表1所示。

電機(jī)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，電機(jī)各部分損耗成為電機(jī)內(nèi)發(fā)熱的熱源。永磁體表貼式分?jǐn)?shù)槽繞組輪轂電機(jī)的損耗主要包括鐵心損耗、繞組損耗、永磁體渦流損耗和機(jī)械損耗。根據(jù)電機(jī)內(nèi)發(fā)熱熱源分布及傳熱學(xué)理論，繪制自然冷卻輪轂電機(jī)的簡(jiǎn)化熱流動(dòng)模型，如圖1所示。在輪轂電機(jī)內(nèi)部，槽內(nèi)繞組產(chǎn)生的熱量傳遞至定子鐵心，端部繞組產(chǎn)生的熱量散發(fā)到電機(jī)內(nèi)部空氣。定子鐵心內(nèi)的熱量一部分通過熱傳導(dǎo)傳遞至定子支架，一部分熱量通過定子鐵心端面散發(fā)到電機(jī)內(nèi)部空氣，此外，定、轉(zhuǎn)子鐵心表面通過氣隙空氣發(fā)生對(duì)流換熱。永磁體內(nèi)的熱量通過熱傳導(dǎo)傳遞至轉(zhuǎn)子套，轉(zhuǎn)子套外表面與周圍空氣發(fā)生對(duì)流換熱。圖1中，紅色箭頭方向表示為熱流動(dòng)方向。

表1　輪轂電機(jī)參數(shù)Table 1　Parameters of in-wheel motor

圖1　自然冷卻輪轂電機(jī)熱流動(dòng)圖Fig.1　Heat flow diagram in in-wheel motor with nature cooling

由于對(duì)輪轂電機(jī)功率密度、轉(zhuǎn)矩密度等要求較高，且輪轂電機(jī)工作環(huán)境較為惡略，采用自然冷卻方式的輪轂電機(jī)會(huì)存在以下問題：（1）槽內(nèi)繞組導(dǎo)線之間、繞組與絕緣材料之間及絕緣材料與定子槽之間存在導(dǎo)熱系數(shù)很低的空氣，導(dǎo)致繞組熱量向外傳遞效率低；（2）處于密閉輪轂電機(jī)內(nèi)的空氣難以將電機(jī)內(nèi)部大部分熱量散發(fā)至機(jī)殼；（3）輪轂電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，定、轉(zhuǎn)子間的對(duì)流散熱能力有限。以上問題會(huì)造成高負(fù)荷下輪轂電機(jī)繞組溫升急劇增加，整體溫度場(chǎng)分布不均勻。

為了提高輪轂電機(jī)的電磁負(fù)荷和材料利用率，降低電機(jī)內(nèi)溫度最高點(diǎn)溫度，改善溫度場(chǎng)分布，必須采用合理的冷卻方式和冷卻介質(zhì)。充分考慮輪轂電機(jī)的安裝形式、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及變壓器油的物理特性，提出油內(nèi)冷輪轂電機(jī)冷卻方式，即將輪轂電機(jī)內(nèi)部填充滿變壓器油，利用變壓器油將電機(jī)內(nèi)熱量傳遞至機(jī)殼，采用油內(nèi)冷冷卻方式的輪轂電機(jī)示意圖如圖2所示，輪轂電機(jī)各部件材料導(dǎo)熱系數(shù)如表2所示。

圖2　油內(nèi)冷輪轂電機(jī)示意Fig.2　Sketch of in-wheel motor with inner-oil cooling

表2　輪轂電機(jī)材料導(dǎo)熱系數(shù)Table 2　Thermal conductivity of the materials of in-wheel motor

1.2輪轂電機(jī)數(shù)學(xué)模型

為了節(jié)省3-D有限元計(jì)算時(shí)間，根據(jù)分?jǐn)?shù)槽繞組電機(jī)的單元電機(jī)理論取輪轂電機(jī)周向的1/3，取軸向1/2，建立輪轂電機(jī)1/6模型，輪轂電機(jī)模型如圖3所示。

圖3　輪轂電機(jī)3-D物理模型Fig.3　3-D physical model of in-wheel motor

在直角坐標(biāo)系下，輪轂電機(jī)計(jì)算單元的溫度場(chǎng)求解可歸結(jié)為如下的邊值問題［3、9-10］：

式中：T為溫度；Kx、Ky、Kz為沿x、y、z方向的導(dǎo)熱系數(shù)；T1為邊界面S1上的給定溫度；n為邊界面（S1、S2）上的法向矢量；h為S2表面的散熱系數(shù)；T0為S2周圍介質(zhì)的溫度。

相應(yīng)邊界條件設(shè)定：

1）絕熱邊界條件，即在此類邊界面上無熱傳導(dǎo)。

式中：SJ為模型中的絕熱邊界面，包括：鐵心軸向中心面、永磁體軸向中心面、轉(zhuǎn)子軛軸向中心面及周向?qū)ΨQ面和槽內(nèi)繞組軸向中心面；λn為垂直于物體表面的導(dǎo)熱系數(shù)。

2）環(huán)境溫度邊界條件，加載面包括：定子鐵心軸向端面、永磁體軸向端面、轉(zhuǎn)子軛軸向端面、繞組表面，邊界面上的熱傳遞通過下式計(jì)算

式中，qt和Tp分別為通過邊界上一點(diǎn)的熱量和溫度；hc和hr分別為對(duì)流換熱系數(shù)和輻射換熱系數(shù)；Te為外部環(huán)境溫度。

2　與溫度場(chǎng)相關(guān)的系數(shù)計(jì)算

在輪轂電機(jī)的3-D溫度場(chǎng)計(jì)算中，各部件間導(dǎo)熱系數(shù)和散熱系數(shù)是受多變量控制的復(fù)雜函數(shù)關(guān)系，根據(jù)傳熱學(xué)理論和輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)和散熱系數(shù)進(jìn)行分析和等效計(jì)算。

2.1油內(nèi)冷輪轂電機(jī)

1）槽內(nèi)繞組等效導(dǎo)熱系數(shù)

槽內(nèi)繞組熱量由橫向散到定子鐵心的齒部和軛部，在熱量傳遞的過程中分別有槽絕緣材料、變壓器油、導(dǎo)線絕緣漆等產(chǎn)生的熱阻。定子槽內(nèi)繞組與定子鐵心間的絕緣包括：槽絕緣材料、槽絕緣材料與定子鐵心間的變壓器油和繞組銅線的絕緣漆和繞組銅線間變壓器油。引入絕緣層等效導(dǎo)熱系數(shù)λeff，槽內(nèi)繞組等效模型如圖4所示。由于絕緣物質(zhì)的存在，定子槽內(nèi)繞組外表面的等效導(dǎo)熱系數(shù)［11-12］表示為

式中：d1為槽絕緣材料厚度；d2為槽絕緣材料與定子鐵心間油的厚度；d3為銅線絕緣漆和繞組銅導(dǎo)線間油的等效厚度；λ1、λ2、λ3分別為對(duì)應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)。

圖4　油內(nèi)冷輪轂電機(jī)繞組等效模型Fig.4　Equivalent model of the winding of in-wheel motor with inner-oil cooling

2）定轉(zhuǎn)子油間等效散熱系數(shù)

根據(jù)雷諾實(shí)驗(yàn)所得出的理論，油會(huì)在定轉(zhuǎn)子油的分界面產(chǎn)生層流和湍流兩種流動(dòng)狀態(tài)，定、轉(zhuǎn)子油間發(fā)生對(duì)流散熱。由于輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，并且為了簡(jiǎn)化分析模型，假定定、轉(zhuǎn)子油在氣隙徑向中心處分為靜止層和運(yùn)動(dòng)層。定轉(zhuǎn)子油間的等效散熱系數(shù)hairgap_oil可通過下式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算［13］

式中：η為定子外徑與轉(zhuǎn)子內(nèi)徑之比；k為與氣隙內(nèi)物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)相關(guān)的修正系數(shù)；r為轉(zhuǎn)子外徑；ω為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度；δ為氣隙長(zhǎng)度；υoil為油的運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)。

3）轉(zhuǎn)子套外表面散熱系數(shù)

當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子套的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)周圍空氣流動(dòng)。由旋轉(zhuǎn)體表面散熱系數(shù)的計(jì)算準(zhǔn)則，計(jì)算轉(zhuǎn)子套外表面的對(duì)流傳熱系數(shù)［13］

式中：hk為旋轉(zhuǎn)柱表面的對(duì)流散熱系數(shù)；vair為大氣壓下空氣的運(yùn)動(dòng)速度，按照電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的75%取值［13］。不同轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子套外表面的散熱系數(shù)如圖5所示。

圖5　轉(zhuǎn)子套外表面對(duì)流散熱系數(shù)Fig.5　Convective heat transfer coefficient of outside surface of the rotor core

2.2自然冷卻輪轂電機(jī)

1）槽內(nèi)繞組等效導(dǎo)熱系數(shù)

定子槽內(nèi)繞組與定子鐵心間的絕緣包括：槽絕緣材料、槽絕緣材料與定子鐵心間的空氣和繞組銅線的絕緣漆和繞組銅線間空氣，如圖6所示。根據(jù)式（4），自然冷卻輪轂電機(jī)槽內(nèi)繞組等效導(dǎo)熱系數(shù)可表示為

式中：d2'為槽絕緣材料與定子鐵心間空氣的厚度；d3'為銅線絕緣漆和繞組銅導(dǎo)線間空氣的等效厚度；λ2'、λ3'分別為對(duì)應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)。

圖6　自然冷卻輪轂繞組等效模型Fig.6　Equivalent model of the winding in-wheel motor with natural cooling

2）端部繞組散熱系數(shù)

輪轂電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，端部繞組受機(jī)殼旋轉(zhuǎn)的影響，處于強(qiáng)制對(duì)流換熱狀態(tài)，繞組端部的散熱系數(shù)hwinding可以通過下式進(jìn)行計(jì)算［14］：

式中：Nu為努賽爾數(shù)；Re為雷諾數(shù)；v為特征速度，L為特征長(zhǎng)度，λα為空氣導(dǎo)熱系數(shù)，υair為空氣的運(yùn)動(dòng)粘度。

3）氣隙散熱系數(shù)

輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)同時(shí)會(huì)帶動(dòng)氣隙中空氣的流動(dòng)，又由于輪轂電機(jī)的定子表面存在齒和槽，使得定、轉(zhuǎn)子及氣隙間的換熱情況非常復(fù)雜，難以準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)流散熱系數(shù)。借助文獻(xiàn)［15］中提出的對(duì)流鏈理論來計(jì)算氣隙的對(duì)流散熱系數(shù)，對(duì)流鏈理論是用來描述熱量在不同邊界間的對(duì)流理論，能夠合理的描述定、轉(zhuǎn)子及氣隙間的換熱情況。根據(jù)輪轂電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的直徑、氣隙長(zhǎng)度和電機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算的氣隙對(duì)流散熱系數(shù)如圖7所示。

圖7　氣隙對(duì)流散熱系數(shù)Fig.7　Convective heat transfer coefficient of the air g-ap

4）定子鐵心端面散熱系數(shù)

轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)造成輪轂電機(jī)內(nèi)的空氣流動(dòng)，定子鐵心端面的空氣流動(dòng)速度與轉(zhuǎn)子表面的線速度Vrl有關(guān)，定子鐵心端面的散熱系數(shù)用下式計(jì)算［16］

3　溫度場(chǎng)分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1溫度場(chǎng)3-D有限元分析

根據(jù)上述的計(jì)算和所建立的模型，對(duì)不同冷卻方式輪轂電機(jī)的溫度場(chǎng)進(jìn)行3-D有限元計(jì)算。輪轂電機(jī)工作于額定工況條件下，運(yùn)行120 min后，輪轂各部件的溫升達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。油內(nèi)冷輪轂電機(jī)各部件的溫升曲線如圖8所示。盡管在分?jǐn)?shù)槽繞組電機(jī)中，定子電流產(chǎn)生很強(qiáng)的諧波磁動(dòng)勢(shì)，會(huì)在永磁體中產(chǎn)生渦流損耗，導(dǎo)致溫升增加。但是，輪轂電機(jī)運(yùn)行于額定工況，轉(zhuǎn)速較低，繞組銅耗仍為輪轂電機(jī)發(fā)熱的主要熱源，通過有限元法計(jì)算的繞組損耗為179.8 W，永磁體中的渦流損耗為107.4 W。因此，定子繞組和鐵心的溫升較高，永磁體和轉(zhuǎn)子套的溫升較低。

圖8　輪轂電機(jī)各部件溫升曲線Fig.8　Temperature rise curves of different parts of inwheel motor

采用自然冷卻和油內(nèi)冷冷卻方式輪轂電機(jī)各部件的溫升曲線變化趨勢(shì)保持一致，但是各部件的穩(wěn)態(tài)溫升值具有較大差別。輪轂電機(jī)的穩(wěn)態(tài)溫升對(duì)比數(shù)據(jù)如表3所示。采用自然冷卻方式的輪轂電機(jī)，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)很小，繞組銅耗及定子鐵心鐵耗產(chǎn)生的熱量難以傳遞至機(jī)殼并散發(fā)出去，繞組溫升為93.4°C，是電機(jī)溫升最高的部件。采用油內(nèi)冷冷卻方式的輪轂電機(jī)，槽內(nèi)繞組的等效導(dǎo)熱系數(shù)變大，有利于繞組的熱量向定子鐵心傳導(dǎo)，繞組溫升為86.7°C，低于自然冷卻輪轂電機(jī)的繞組溫升。輪轂電機(jī)內(nèi)部填充的變壓器油有效的將電機(jī)內(nèi)熱量傳遞至機(jī)殼，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子套和永磁體的溫升增加。

表3　輪轂電機(jī)溫升Table 3　Temperature rising of In-wheel motor℃

運(yùn)行至120 min時(shí)，電機(jī)溫升趨于穩(wěn)定，輪轂電機(jī)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分布如圖9所示。油內(nèi)冷式輪轂電機(jī)，電機(jī)內(nèi)部溫度分布較均勻，電機(jī)溫度最高點(diǎn)溫度有效降低，圖9也進(jìn)一步驗(yàn)證了油內(nèi)冷冷卻方式的冷卻效果。

3.2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

所研究的樣機(jī)如圖10（a）所示，通過注油孔向輪轂電機(jī)內(nèi)填充滿冷卻用變壓器油。建立輪轂電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖10（b）所示。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由輪轂電機(jī)、測(cè)功機(jī)、電機(jī)控制器、功率分析儀、溫度傳感器和紅外溫度測(cè)量?jī)x等設(shè)備構(gòu)成。將PT100溫度傳感器嵌入到電機(jī)繞組中實(shí)時(shí)測(cè)量繞組溫度，紅外溫度測(cè)量?jī)x用于測(cè)量轉(zhuǎn)子套表面溫度。

圖9　輪轂電機(jī)溫度場(chǎng)分布Fig.9　Temperature field distribution of in-wheel motor

圖10　輪轂電機(jī)樣機(jī)及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.10　In-wheel motor and experimental system

在輪轂電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)中，每間隔5min分別測(cè)量定子繞組溫度和轉(zhuǎn)子套溫度，并與有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比，溫升曲線對(duì)比結(jié)果如圖11所示。計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)存在較小的差異，驗(yàn)證了文中所建立的輪轂有限元分析模型的正確性。

圖11　有限元計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)量溫升曲線Fig.11　Temperature rise curves for FEA and measured values

4　結(jié)論

本文考慮電動(dòng)汽車用輪轂電機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，提出了輪轂電機(jī)的油內(nèi)冷冷卻方式?；?-D溫度場(chǎng)有限元法，分別建立了采用自然冷卻和油內(nèi)冷冷卻方式的輪轂電機(jī)模型。通過有限元計(jì)算和溫升實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了所建立模型的正確性，為研究輪轂電機(jī)復(fù)雜運(yùn)行工況下的溫升情況和溫度場(chǎng)分布奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，證實(shí)了油內(nèi)冷冷卻方式對(duì)降低輪轂電機(jī)溫升和均衡輪轂電機(jī)內(nèi)溫度場(chǎng)分布的有效性，為進(jìn)一步提高輪轂電機(jī)功率密度和轉(zhuǎn)矩密度提供了理論依據(jù)。

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（編輯：劉素菊）

Analysis of 3-D temperature field of in-wheel motor with inner-oil cooling for electric vehicle

WANG Xiao-yuan， GAO Peng
（School of Electrical Engineering and Automation，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

A inner-oil cooling method based the structure of outer rotor in-wheel motor and the physical characteristics of transformer oil was presented for in-wheel motor.According to the theory of heat transfer and the finite element method，the thermal conductivity and the coefficient of heat transfer for the components of the prototype were calculated.The 3-D finite element analysis models were established for the inwheel motor with natural cooling and inner-oil cooling.The temperature rise curves and temperature field distribution were calculated for the in-wheel motors with different cooling methods.By comparing the calculation results with measurement results，the correctness of the finite element analysis and the validity of inner-oil cooling method were verified.

in-wheel motor；inner-oil cooling；temperature field；finite element method；natural cooling

10.15938/j.emc.2016.03.006

TM 315

A

1007-449X（2016）03-0036-07

2014-09-02

國(guó)家863高技術(shù)基金（2011AA11A259）

王曉遠(yuǎn)（1962—），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡姍C(jī)電磁場(chǎng)的分析與計(jì)算、電機(jī)電器設(shè)計(jì)與控制研究；

高鵬（1985—），男，博士研究生，研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車用輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)。

高鵬