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

電機(jī)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(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器冷卻系統(tǒng)熱阻，等效時(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)冷卻系統(tǒng)采用優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，使得冷卻系統(tǒng)的熱量能夠及時(shí)散發(fā)，因而可以認(rèn)為，用于牽引逆變器的散熱器是一個(gè)均質(zhì)發(fā)熱體。依據(jù)上述等效關(guān)系得到的電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(cè)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)器冷卻系統(tǒng)熱阻的等效電路fig.（如，1 2所示）。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器水道向電機(jī)水道的過施可得一定電機(jī)驅(qū)動(dòng)器功耗pd，下的水冷散熱由電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)溫升計(jì)算器達(dá)到熱平衡時(shí)的穩(wěn)態(tài)溫度tsi驗(yàn)數(shù)據(jù)測得。

3.2電機(jī)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(jī)冷卻時(shí)的溫度將集中在繞組絕緣層和電機(jī)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(jì)算水冷系統(tǒng)條件下的繞組和鐵心的平均溫升。電機(jī)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(jī)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(jī)水冷散熱器壁厚，cm；3為電機(jī)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(jī)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(dòng)態(tài)溫升計(jì)算方法，可得一定電機(jī)功耗pd2下的水冷散熱器達(dá)到熱平衡時(shí)的穩(wěn)態(tài)溫度ts2，t為電機(jī)發(fā)熱過程時(shí)間常數(shù)，s，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)測得。

3熱阻和動(dòng)態(tài)溫升過程計(jì)算結(jié)果電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)算得到電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)定子繞組和鐵心與電機(jī)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(jì)算得到電機(jī)定子繞組和鐵心與電機(jī)水冷散熱器之間的等效熱阻re（-0.015 "w1；電機(jī)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(jì)算得到re（i）w因而電機(jī)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(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器水冷系統(tǒng)溫升過程的時(shí)間常數(shù)為120 s電機(jī)水冷散熱器的溫升過程時(shí)間常數(shù)為240 s；由此根據(jù)式（5），（7），分別得到電機(jī)驅(qū)4電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器水冷系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)4.1流體狀態(tài)分析電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)采用特殊結(jié)構(gòu)。由于公共接觸區(qū)的冷卻水需同時(shí)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和部分電機(jī)定子繞組進(jìn)行冷卻，設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jī)內(nèi)套結(jié)構(gòu)