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纯电动汽车电机驱动系的冷却系统设计与研究

作　者: 乐智
导　师: 周荣
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 建模 ug ansys/fluent 冷却仿真试验
分类号: U469.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着能源的紧缺以及人们对环境保护的诉求,近年来电动汽车得到了迅猛的发展。那么电机作为电动汽车的“心脏”,其性能直接决定了电动汽车的性能。其中一个关键的问题是电机及其控制器的散热。电机在运行过程中产生的热对电机的物理、电气和力学特性有着重要影响,当温度上升到一定程度时,电机的绝缘材料会发生本质上的变化,最终使其失去绝缘能力,另一方面,随着电机温度的升高,电机中的金属构件强度和硬度也会逐渐下降。由电子元器件构成的控制器,同样会由于温度过高而导致电子器件的性能下降,出现不利影响,如过高温度会导致半导体结点、电路损害,增加电阻,甚至烧坏元器件。本文中针对某型电动汽车驱动系统的冷却系统进行了设计和研究。首先,本文对电动汽车的驱动电机以及其控制器散热板,使用UG软件建立了它们的三维模型。在不影响仿真分析精度的前提下,对三维模型进行了简化。将三维模型生成的文件导入Ansys/Fluent软件,设置边界条件,分析了电机壳体以及控制器散热板的温度场。根据它们的温度场分布,对电机冷却水道和控制器散热板中的水道进行了重新优化设计。优化设计后的分析结果表明,电机壳体及其控制器温度有明显降低。经过对电机及控制器散热板的温度场分析之后,对电动汽车的整个冷却系统部件进行了选型设计,包括散热器、水泵、风扇等。选型设计完成之后,对冷却系统布置各种方案进行了对比研究。并建立了整个冷却系统的数学模型,使用Matlab/Simulink软件对冷却系统的进行了特性仿真。通过对整个冷却系统的台架试验数据结果,并与仿真结果对比分析表明,仿真结果满足要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  §1-1 课题来源  10
  §1-2 课题研究背景、目的与意义  10-11
  §1-3 电动汽车的国内外发展现状  11-12
  §1-4 电机驱动系统发热对其性能的影响  12
  §1-5 电机驱动系统的冷却系统简介  12-15
    1-5-1 电机冷却方式  13-14
    1-5-2 电子元器件的冷却  14-15
  §1-6 论文研究的主要内容  15-16
  §1-7 本章小结  16-17
第二章电机驱动系的冷却方案布置设计  17-24
  §2-1 电机的电磁场基本理论  17
    2-1-1 电机电磁场的描述  17
    2-1-2 电磁感应定律和电磁力定律  17
  §2-2 电机损耗  17-20
    2-2-1 铁损耗  17-19
    2-2-2 绕组损耗  19
    2-2-3 机械损耗  19
    2-2-4 杂散损耗  19-20
  §2-3 发热分析  20-21
    2-3-1 传热学原理  20-21
  §2-4 冷却方案设计研究  21-23
    2-4-1 概述  21
    2-4-2 冷却系统设计要求  21
    2-4-3 冷却方案设计  21-23
  §2-5 本章小结  23-24
第三章电机及其控制器冷却水道设计分析  24-45
  §3-1 电机冷却系统概述  24-26
  §3-2 电机冷却结构设计  26-28
    3-2-1 水槽结构形式  27-28
    3-2-2 两种水槽结构形式的比较和确定  28
  §3-3 温度场分析基本理论  28-32
    3-3-1 Fluent 概述  29-32
  §3-4 控制器及其散热器板的温度场分析  32-37
    3-4-1 几何模型  32-33
    3-4-2 网格划分  33-35
    3-4-3 边界条件  35
    3-4-4 计算结果和分析  35-37
  §3-5 控制器散热器板的改型设计  37-40
  §3-6 改进设计前后对比  40-41
  §3-7 电机壳体温度场分析  41-44
    3-7-1 电机壳体模型  41-42
    3-7-2 电机壳体及水道网格划分  42-43
    3-7-3 电机壳体分析的边界条件  43
    3-7-4 电机壳体温度场结果分析  43-44
    3-7-5 计算结论  44
  §3-8 本章小结  44-45
第四章冷却部件选型设计  45-54
  §4-1 散热器的选型设计  45-50
    4-1-1 汽车散热器简介  45-46
    4-1-2 散热器参数选择  46-49
    4-1-3 散热器空气侧阻力和水侧阻力的计算  49-50
  §4-2 水泵的选型设计  50-51
    4-2-1 概述  50
    4-2-2 水泵的性能参数  50-51
  §4-3 风扇的选型设计  51-52
    4-3-1 概述  51
    4-3-2 风扇材料  51-52
    4-3-3 风扇的主要性能参数  52
  §4-4 管路材料及参数选择  52-53
  §4-5 冷却液的选择  53
  §4-6 本章小结  53-54
第五章冷却系统的特性仿真与试验分析  54-58
  §5-1 引言  54-55
    5-1-1 仿真软件Matlab/Simulink 简介  54
    5-1-2 台架试验  54-55
  §5-2 数学模型  55-56
  §5-3 仿真结果与试验对比分析  56-57
  §5-4 本章小结  57-58
第六章总结与展望  58-59
  §6-1 全文总结  58
  §6-2 展望  58-59
参考文献  59-61
致谢  61-62
攻读学位期间所取得的相关科研成果  62

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