[发明专利]一种基于电磁热迭代耦合的感应电机散热优化方法

说明书

本发明考虑基于电磁热迭代耦合的感应电机散热优化方法。首先提出了综合分析电机电磁场、温度场多场耦合环境和散热需求，建立感应电机的电磁热迭代耦合模型，建立电机损耗分布，确定电机的散热热源和热量传播方式；然后采用有限元分析方法提出了感应电机散热系统方案；基于此，通过实验设计获取样本点，建立代理模型得到样本点与响应值之间的关系；最终采用多目标优化算法优化设计方案，为感应电机的散热系统的优化提供了一种新的解决方法。

技术领域

本发明涉及电动汽车电机领域，具体涉及基于电磁热迭代耦合的感应电机散热优化方法。

背景技术

由于电动汽车在行驶过程中会产生大量的热量，因此热失控问题引起了广泛的关注。随着电动汽车技术的进一步发展，特别是各种高精度仿真技术的逐渐成熟，电机的热管理也逐渐流行起来。电动汽车在正常行驶过程中，电机高速运转会产生大量的热量。如果这种热量不能及时散失，就会积聚在电机内部，降低电机的使用寿命，影响电机的功率输出，温升严重还会烧坏定子绕组绝缘层造成电机短路。因此，为了保证电动汽车的行驶安全稳定，保证电机的正常高效运行，有必要设计相应的电机热管理系统。传统的电磁热耦合是假设温度恒定不变计算损耗，然而在实际中，损耗会产生热，从而改变温度，因此本发明对这一过程进行迭代计算，直到达到动态平衡，这种电磁热迭代耦合计算方式更符合实际情况，对提高后续优化精度具有重要意义。对于散热等复杂的工程实际问题，往往很难直接得到输入输出之间的函数表达式。为了克服这个困难，提出了采用数据驱动的代理模型来模拟高精度模拟模型，该方法具有计算量小，效率高的优点。电机散热优化的各个子目标之间存在矛盾，不能同时让各子目标达到最优，采用多目标优化可以节省设计成本，寻找平衡的最优方案。

发明内容

本发明提供了一种基于电磁热迭代耦合的感应电机散热优化方法，其目的是在更符合电机实际散热情况的基础上对电机的散热方案进行优化，提升电机的工作性能。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，即基于电磁热迭代耦合的感应电机散热优化方法，包括以下步骤：

步骤1：在确定感应电机散热系统基本结构的基础上建立感应电机电磁热迭代耦合模型；

步骤2：基于步骤1中电磁热迭代耦合模型得到的散热参数设计感应电机散热方案，建立代理模型及优化模型，引入多目标优化算法对方案参数进行优化；

优选地，步骤1中带有散热系统的感应电机结构如图1所示，建立感应电机电磁热迭代耦合模型遵循以下步骤：

通过对电机进行电磁分析，确定其温度场分布和热源情况，电机的定转子及其中绕线分布如图2所示。电机电磁热迭代耦合模型的构建目的旨在通过电机初始环境温度下电磁场分布得到电机的损耗，并将损耗视为电机热源，进而得到电机的整体温度场分布，由于电机温度场的变化会导致电机损耗的变化，反馈导致电机温度场的变化，因此，通过电机温度场和损耗的多次迭代耦合求解，可以得到电机温度场与热源的动态平衡，更加符合电机实际工况下的产热情况。电机的损耗P是电机产热的主要来源，其主要分为铜损P_Cu、铁损P_Fe和机械损耗P_M：

P＝P_Cu+P_Fe+P_M

感应电机铜损P_Cu主要由基本损耗P_CuBasic和附加损耗P_CuAdd组成：

P_Cu＝P_CuBasic+P_CuAdd

取电机功率的2％作为附加损耗，在不考虑变频器输出时产生的电流谐波和集肤效应时，基本损耗计算公式如下：

P_CuBasic＝kI²R