1．目的及意义

1.1选题背景及意义

当今时代，传统化石能源枯竭以及日益加重的环境污染是全世界，全人类共同需要重视并攻克的难题。自18世纪60年代第一次工业革命开始，汽车的发展踏上了一条快速发展的道路，对于我国，近年来的经济腾飞已经让我国连续八年成为全世界第一大汽车消费市场，与此同时，庞大的汽车持有量最直接带来的就是严重的环境污染问题，对此，我国正在大力推行以纯电动汽车为首的新能源汽车技术改革，以自身市场优势引领汽车行业的时代变革^[1]。

正如传统汽车的发动机就是其心脏一般，电动汽车的中枢核心就是其电机，而对于电机来说，如果长时间处于高温状态，其工作效率，稳定性及安全性都会难以保证，传统液冷系统本身有许多不足，如体积过大，散热效果不满足需求等。电机自身体积越大其发热量越大，而其表面积越大散热效果越好，这就导致许多大容量的电动汽车电机的散热严重不足，如何在这种情况下找到平衡点并对其进行优化，达到电机正常高效运行，延长其使用寿命的目的，便是我们此次选题的意义所在。

1.2国内外现状分析

电机冷却技术包含多个领域，其中有电机学，传热学，流体力学等。液体介质以其散热效果好，导热能力强等特点得到了广泛认可，随着对更大功率电极的需求持续提高，液冷系统也表现出了极好的未来前景和发展潜质，尤其在新能源汽车这种对散热效果要求极高的特殊领域，液冷系统也是无可争议的首选。但是液冷系统的制造成本更高，环境敏感性更强，加之长时间使用会产生水垢堵塞管道回路等缺点，液冷系统仍有很大的待提高空间^[2]。

在仿真分析方面，目前最为常用的便是使用ANSYS平台内的Fluent或Fluthem这类有限元分析软件，来对流场和热场进行仿真分析，因为其可靠性高，效率高，有限元分析法会是现今乃至将来长期的流场、热场仿真分析领域的主流。在温度场

的仿真计算方面，国外学者也已经有了大量的学术研究成果，从1976年A.F.Armor等人的差分法分析汽轮电机定子周围全域的温度场，到Yangsoo Lee、Hyang-beom Lee及Songyop Hahn对定子缺相时和短路情况下多相感应电机温度场的深入研究，再到Jbtiouen.R、Mezani.S、Cannistra.G等学者采用热源分析和近似温度处理等方法，并对比了这些方法的实用性，温度场的仿真计算得到了长足发展和进步。在国内，以胡敏强学者为代表的多位学者提出了一种圆柱坐标系下分析有限元模型的新型分析计算方法，其剖分单元为拱形，经验证对电机全域温度场的仿真计算是可行的，合适的^[3]。同时，李伟力教授也通过对绝缘老化分析及绕组内结构对温度的影响方面的深入研究，为温度场的计算做出了巨大贡献。学者胡继伟对复杂电机模型进行了建模，对汽轮发电机定子通风沟的流体场进行了分析，也对通风沟内氢气流通状况进行了研究，并得到了电机内的流体场分布状况，从而研究流场对电机内温度场的影响，并通过将涡流对温度场的影响纳入考虑范围得到了减小涡流的方法，经验证，其分析方法及过程合理且有效^[4]。

在流体场仿真计算方面，因为其直接与散热等核心问题相关，故其对电机的重要性也是不言而喻。同时国内诸多学者在流体场的仿真计算方面也是硕果累累，并发表了大量文献，这其中就有相关文献中建立了永磁高效电机模型，并计算了定子高速旋转产生的风磨损耗和转子失磁问题；以及相关文献中计算了汽轮发电机流体场及温度场，对汽车发电机升温过快予以解决方案；还有相关文献中对电机流体流动轨迹线进行了详细描述，并研究了风机各个截面的温度变化情况，经检验有很高的精确度。国外学者在电机内流体场方面的研究也是收获颇丰，2003年通过对电机内冷却系统的改进达到了改善电机内温度上升及电机使用寿命的效果，相关文献中正是通过实际测试和软件仿真相结合的方法进行论证，并展示了多种冷却速度对电机散热能力的影响。在流体场的计算方面，以专家M.Shanel为首的多位学者对电机冷却系统内部的流体特性进行了分析^[5]；学者R.E.Mayle对狭窄气隙中的气体

流动进行了实验分析^[6]；学者M.S.Rajagopal等人利用有限元分析法分析了径向冷却结构的电机。可以说中外学者对电机内的流场计算与分析是百家争鸣，百花齐放。

^[1] 李瑞明等，新能源汽车技术，2014

^[2] 汤蕴璆，电机学（第5版），2014