同濟大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）用于電動汽車的電機和驅(qū)動器一體化冷卻系統(tǒng)張舟云，徐國卿，沈祥林（同濟大學(xué)滬西校區(qū)電氣工程系，上海200331）可以解決電機和電機驅(qū)動器的分離布置帶來的一系列問題。將電機和電機驅(qū)動器各自作為一個均質(zhì)發(fā)熱體，以熱阻等效電路的形式分析電機和電機驅(qū)動器冷卻系統(tǒng)熱阻，并分別給出了電機和電機驅(qū)動器的發(fā)熱過程和冷卻過程動態(tài)溫升計算公式，分析和計算系統(tǒng)的流阻和能量損失，進而設(shè)計水泵的功率等級和冷卻水流量。計算結(jié)果與；二是電機冷卻外套，如所示；三是電機冷卻內(nèi)套，即與電機定子繞組的接觸面，如所示。

電機定子內(nèi)套fig.渡采用平滑過渡結(jié)構(gòu)，大大降低了水系統(tǒng)的流阻。

3熱阻等效電路分析本文采用熱阻等效電路的形式分析電機和電機驅(qū)動器冷卻系統(tǒng)熱阻，等效時以冷卻系統(tǒng)耗散功率pd等效為電流源，熱阻產(chǎn)生的溫差等效為電壓，熱阻等效為電阻13‘4. 3. 1電機驅(qū)動器熱阻等效電路本牽引逆變器功率模塊采用并排的緊密布置方式，故可近似認(rèn)為功率模塊為單一熱源；同時冷卻系統(tǒng)采用優(yōu)化的設(shè)計方案，使得冷卻系統(tǒng)的熱量能夠及時散發(fā)，因而可以認(rèn)為，用于牽引逆變器的散熱器是一個均質(zhì)發(fā)熱體。依據(jù)上述等效關(guān)系得到的電機驅(qū)動器冷卻系統(tǒng)熱阻等效電路如所示。圖中，r0（-e）為功率模塊的結(jié)一殼熱阻；r0（e-s）為管殼到水冷散熱器的熱阻；9（1）為水冷散熱器到冷卻水的熱阻；timax為功率模塊芯片的最高結(jié)溫；7.1為功率模塊的管殼溫度；ts1為水冷散熱器溫度；ta1為冷卻水溫度。故水冷系統(tǒng)等效熱阻re（-a）可表示為散熱器的接觸面狀況相關(guān)。二者均可由模塊使用手冊中得到。將水冷散熱器和冷卻水之間的熱交換過程看成一種平壁導(dǎo)熱，根據(jù)富立哀熱傳導(dǎo)定律，傳導(dǎo)熱阻re（s-a）可表示為電機驅(qū)動器水冷散熱器與冷卻水之間的熱交換面積，cm2；入1熱器導(dǎo)熱率，w（kcm）電機驅(qū)動器冷卻系統(tǒng)熱阻的等效電路fig.（如，1 2所示）。電機驅(qū)動器水道向電機水道的過施可得一定電機驅(qū)動器功耗pd，下的水冷散熱由電機驅(qū)動器水冷系統(tǒng)熱阻等效電路，參照提出的均質(zhì)發(fā)熱體發(fā)熱過程的動態(tài)溫升計算器達到熱平衡時的穩(wěn)態(tài)溫度tsi驗數(shù)據(jù)測得。

3.2電機熱阻等效電路是均勻的，繞組和鐵心是等溫體因而可以用平均溫升來表示繞組和鐵心的溫度，電機冷卻時的溫度將集中在繞組絕緣層和電機水冷散熱器表面與冷卻水的接觸面中。因絕緣介質(zhì)本身損耗很小，而冷卻介質(zhì)不是熱源，因此可利用熱阻等效電路來計算水冷系統(tǒng)條件下的繞組和鐵心的平均溫升。電機冷卻系統(tǒng)熱阻等效電路如所示。圖中，re（-s）為定子繞組和鐵心表面與水冷散熱器之間的熱阻，與繞組和鐵心與水冷散熱器之間的絕緣介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)；r s- a）為水冷散熱器到冷卻水的熱阻，與水冷散熱器和冷卻水之間的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)；tc2為定子繞組表面溫度；ts2為水冷散熱器溫度；ta2為冷卻水溫度。

電機冷卻系統(tǒng)熱阻的等效電路fig由和富立哀熱傳導(dǎo)定律，水冷系統(tǒng)等效熱阻re（c-a）可表示為緣層厚度，cm；2為絕緣層的熱父換面積，cm2；備為電機水冷散熱器壁厚，cm；3為電機水冷散熱器與冷卻水之間的熱交換面積，cm2；x為絕緣層的熱傳導(dǎo)系數(shù)，w-（cm）為水冷散熱器導(dǎo)熱系由電機水冷系統(tǒng)熱阻等效電路，參照提出的均質(zhì)發(fā)熱體發(fā)熱過程的動態(tài)溫升計算方法，可得一定電機功耗pd2下的水冷散熱器達到熱平衡時的穩(wěn)態(tài)溫度ts2，t為電機發(fā)熱過程時間常數(shù)，s，由試驗數(shù)據(jù)測得。

3熱阻和動態(tài)溫升過程計算結(jié)果電機和電機驅(qū)動器一體化水冷系統(tǒng)米用鋁合金作為水冷散熱器材料，鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)x為2.02~ 2.05 w.1，電機驅(qū)動器水冷散熱器厚度為1.5 cm，水冷散熱器與冷卻水的接觸面積為132 cm2，由式（4）計算得到電機驅(qū)動器水冷散熱器與冷卻水之間的等效熱阻re（s-a尸0.005 7 iow1.電機定子繞組和鐵心與電機水冷散熱器之間的絕緣層采用浸漆紙，其導(dǎo)熱系數(shù)入為0.觸面積為1 584 cm2，由式（6）計算得到電機定子繞組和鐵心與電機水冷散熱器之間的等效熱阻re（-0.015 "w1；電機水冷散熱器厚度為0. 8 cm，與冷卻水的接觸面積為640 cm2，由式（6）計算得到re（i）w因而電機定子鐵心與冷卻水之間的總熱阻為0. 001 65 k "w1.根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算得到電機驅(qū)動器水冷系統(tǒng)溫升過程的時間常數(shù)為120 s電機水冷散熱器的溫升過程時間常數(shù)為240 s；由此根據(jù)式（5），（7），分別得到電機驅(qū)4電機及其驅(qū)動器水冷系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計4.1流體狀態(tài)分析電機和電機驅(qū)動器一體化水冷系統(tǒng)管道形狀復(fù)雜，存在著多次的彎曲和截面的變化。水道）設(shè)計采用特殊結(jié)構(gòu)。由于公共接觸區(qū)的冷卻水需同時對電機驅(qū)動器和部分電機定子繞組進行冷卻，設(shè)計中采用內(nèi)表面嵌入式水道形式，以增大該部分的冷卻系統(tǒng)面積，增強冷卻效果。

2冷卻系統(tǒng)水道可采用軸向和圓周方向兩種布置形式，本方案采用軸向水道作為電機內(nèi)套結(jié)構(gòu)