中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，當(dāng)前，電機(jī)行業(yè)正朝著高功率密度、低成本、高集成化和高效率的方向快速發(fā)展。扁銅線(xiàn)繞組憑借槽滿(mǎn)率高、體積小、直流電阻低以及 NVH 表現(xiàn)更優(yōu)的特點(diǎn)，成為提升電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)高功率密度的重要選擇，但同時(shí)也給電機(jī)散熱帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。直接油冷方式因能大幅提高冷卻效率，且順應(yīng)新能源系統(tǒng)集成化發(fā)展趨勢(shì)，在高功率密度電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。不過(guò)，油冷電機(jī)在額定工況下流固耦合熱仿真計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，一直制約著相關(guān)研究和工程應(yīng)用的推進(jìn)，如何解決這一問(wèn)題并優(yōu)化電機(jī)油路結(jié)構(gòu)，成為行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。以下是2025年電機(jī)行業(yè)趨勢(shì)分析。

  一、電機(jī)仿真計(jì)算方法創(chuàng)新：加速固體域熱擴(kuò)散縮短油冷電機(jī)仿真時(shí)間

  針對(duì)油冷電機(jī)額定工況流固耦合熱仿真計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，行業(yè)內(nèi)探索出一種加速固體域熱擴(kuò)散的仿真計(jì)算方法，該方法能大幅縮短相應(yīng)的仿真計(jì)算用時(shí)。為驗(yàn)證此方法的準(zhǔn)確性，將其與當(dāng)前成熟的水冷電機(jī)額定工況穩(wěn)態(tài)仿真計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示兩者溫度分布一致，最高溫度仿真差異小于 3%，充分證明了該加速方法的可靠性。

  《2025-2030年中國(guó)電機(jī)行業(yè)市場(chǎng)分析及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》指出，油冷電機(jī)額定持續(xù)工況下 3D 溫度場(chǎng)流固耦合熱仿真計(jì)算周期長(zhǎng)，主要原因包括網(wǎng)格量大、計(jì)算步長(zhǎng)小(通常取 10??數(shù)量級(jí))以及溫度達(dá)到穩(wěn)定的物理時(shí)間長(zhǎng)(臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)持續(xù)工況 20 分鐘左右電機(jī)定轉(zhuǎn)子溫度才能達(dá)到穩(wěn)定)?；谶@些原因，從理論機(jī)理入手，加速固體域熱擴(kuò)散，可解決甩油和噴油時(shí)油液分布小時(shí)間尺度計(jì)算需求與熱傳遞大時(shí)間尺度需求之間的矛盾，縮短瞬態(tài)仿真計(jì)算時(shí)固體域溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的物理時(shí)間。需要注意的是，加速固體熱擴(kuò)散后，定轉(zhuǎn)子的溫度會(huì)呈現(xiàn)快速升高然后下降并趨于穩(wěn)定的變化現(xiàn)象，此現(xiàn)象并非真實(shí)工況下的溫度變化，但不影響穩(wěn)定時(shí)的溫度結(jié)果，只需關(guān)注穩(wěn)定時(shí)的溫度結(jié)果即可。

  熱擴(kuò)散系數(shù)是衡量物體中溫度擾動(dòng)傳遞速率的重要指標(biāo)，當(dāng)溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，即物體自身產(chǎn)熱等于物體向外傳遞的熱量。因此，物體的密度值不影響最終平衡狀態(tài)，可通過(guò)減小物體密度來(lái)增大熱擴(kuò)散系數(shù)，加快固體中的溫度傳遞。但為減少非物理固體溫度震蕩，不能使用過(guò)小的固體密度值，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)將實(shí)際密度降低 3 倍可得出合理結(jié)果，降低 10?倍則會(huì)產(chǎn)生不合理的峰值噪音。

  二、油冷電機(jī)基礎(chǔ)參數(shù)與結(jié)構(gòu)解析：明確 20kW 扁線(xiàn)電機(jī)核心配置

  本次研究對(duì)象為一臺(tái)額定功率 20kW 的小功率油冷式扁線(xiàn)異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其主要參數(shù)如下：額定功率 20kW、扭矩 30N?m、轉(zhuǎn)速 6367r?min?1、總損耗 1095W、定子鐵損 200W、轉(zhuǎn)子鐵損 65W、鋁損(120℃)250W、銅損(120℃)540W、機(jī)械損耗 40W。

  該電機(jī)行業(yè)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心和鑄鋁鼠籠構(gòu)成，定子鐵心外周開(kāi)槽與前后油環(huán)一起構(gòu)成油冷通道，定子繞組扁線(xiàn)采用 240 級(jí)聚酰亞胺扁銅線(xiàn)。在進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，基于一定假設(shè)：傳熱方式以熱傳導(dǎo)和對(duì)流換熱為主，不考慮熱輻射帶來(lái)的影響;鐵損、銅損、鋁損以及機(jī)械損耗均布在相應(yīng)零部件內(nèi)。

  三、電機(jī)加速固體熱擴(kuò)散理論驗(yàn)證：通過(guò)水冷電機(jī)對(duì)比確認(rèn)方法可靠性

  為驗(yàn)證加速固體熱擴(kuò)散后的瞬態(tài)仿真所求解的穩(wěn)態(tài)解的可靠性，選取一臺(tái)峰值功率 80kW 的水冷扁線(xiàn)永磁同步電機(jī)，對(duì)比額定持續(xù)工況下加速熱擴(kuò)散的瞬態(tài)仿真與常規(guī)穩(wěn)態(tài)計(jì)算仿真結(jié)果。

  常規(guī)穩(wěn)態(tài)仿真中，電機(jī)定子鐵心、定子線(xiàn)圈、轉(zhuǎn)子鐵心及轉(zhuǎn)子磁鋼在仿真計(jì)算穩(wěn)定后最高溫度依次為 106℃、116℃、97.6℃、97.6℃;加速熱擴(kuò)散后的瞬態(tài)仿真中，電機(jī)定子鐵心、定子線(xiàn)圈、轉(zhuǎn)子鐵心及轉(zhuǎn)子磁鋼在仿真計(jì)算穩(wěn)定后最高溫度依次為 103℃、113℃、96.3℃、96.3℃。兩者溫度分布一致，最高溫度仿真差異小于 3%，由此驗(yàn)證了對(duì)于持續(xù)穩(wěn)態(tài)工況，可采用瞬態(tài)計(jì)算 + 加速熱擴(kuò)散的方法進(jìn)行電機(jī)仿真。

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