孙立洋

摘  要：伴随着电动公交车的研究进一步深入，对电动公交车驱动系统中电机的研究也在不断加深。本文主要针对基于电动公交车需求的永磁电机冷却系统进行优化，首先对永磁电机的整体设计和内部发热情况进行了分析，然后基于分析对冷却系统进行了重新设计。

关键词：电动公交车;永磁电机;冷却系统优化

一、序言

当前能源问题和环保问题已经成为了全人类所必须面对的挑战，近些年来我国不断对新能源产业进行探索，其中电动公交车的出现正是标志着我国的新能源产业已经逐渐走向成熟。电机驱动系统是电动公交车的核心部件，其中永磁电机以其质量轻、运行稳定、振动小、体积小、转速范围度、功率密度高、转矩平稳等优点，在电动公交车领域受到了广泛的应用。本文主要针对永磁电机的冷却系统进行优化设计，对其内部温度场进行准确研究，进而完成冷却系统的整体优化。

二、电机整体设计与发热分析

当前电动公交车作为居民城市出行的重要交通方式，电机驱动系统应对复杂城市路况的同时需要具备比工业化电机更强的性能。以笔者所在地区的城市交通状况举例，其坡度较多，所以电动公交车的永磁电机的最大功率为210kW，额定功率为105kW，结构方面有永磁体、转子、定子、旋转变压组和其他机械结构几个方面所组成，转子磁钢V字型内嵌式结构保证了转子不会被破坏，冷却方式采用液冷，受力均匀的双键180°连接作为轴承盒转子铁心的连接方式，旋转变压器也处于电机内部，进一步缩减了永磁电机的整体尺寸。

电机之所以会发热是由于电机在运行过程中出现了相应的损耗，主要的损耗包括铁心损耗、绕组损耗、杂散损耗和机械损耗四个方面。首先是铁心损耗，铁心损耗也是铁耗的主要来源，主要是由于电机在工作过程中会使得内部磁场发生一系列变化，进而加速钉子的齿部和轭部的磁性材料的磁滞，使得磁电转化的过程中出现相应的空载附加损耗和负载附加损耗;其次是绕组损耗（电气损耗），因为电机运行过程中绕组电流会出现涡流进而引起集肤效应，使得绕组损耗和相应铜耗进一步加剧，这也是电机运行的主要损耗;第三是杂散损耗，杂散损耗主要包括除了铁心损耗、绕组损耗和机械损耗之外的损耗总成，相对占比较小，但也不容忽视;最后是机械损耗，机械损耗主要包括风损耗和轴承摩擦损耗，可以通过减小负载和转速、更换轴承材料、添加润滑剂等方式进行减小。

三、冷却系统方案设计

1.冷却方案整体设计

当前我国电动公交车用的永磁同步电机仍需要进一步的研究实践，尤其是当前永磁电机呈小型化趋势发展，这也加大了对电机功率的考验。依照上文中对电机整体设计和相关的发热原因分析，笔者本次选择的冷却系统为循环水冷却系统，主体设施为制冷水箱，其制冷能力為100kw，控温范围在5～35℃之间，额定功率为50Hz，额定电压为380V，输入功率为36kw，最大流量为1.0m3/h。整体冷却方式为冷却水通过永磁电机的出水口流出进入水乡，在制冷后进入永磁电机的外壳进水口，完成制冷工作。

2.水冷外壳设计

在水冷系统的外壳材质方面，基于电动公交车内部的实际空间情况，笔者认为选择铝材是一项不错的选择，一方面因为铝作为金属，本身的表面对流传热系数高，散热快，另一方面铝型材由于其的本身的物理特性使其可以加工成多种形状，截面种类繁多，加工方便、快捷成本低廉，能够很好的应用到相应的循环水冷却系统之中。

此外根据电动公交车的电机运行情况，笔者认为该冷却循环水系统的水路设计不仅需要有效散热，还需要兼顾整车水箱的换热能力，减少换热功率的损耗，即要求水流的沿层阻力与局部阻力损失尽可能降低。所以该系统内部无论是周向水道还是轴向水道，都可以做成多通道模式的水道，多通道水道长度短，沿程阻力损失小，冷却水进水流量大，散热效果比单通道水道更好，但是考虑到电动大巴车内部空间狭小，冷却水由机壳出水口流出后进入水箱的距离很短，多通道水道会导致出水温度很高，经由水管的散热有限，流进水箱水温更高，水箱制冷能力可能不足，会致使水冷循环系统的整体温度升高，因此综合考虑散热效果与加工成本，本课题电机选用轴向z字折流式单通道水道。

四、总结

总而言之，本文基于当前电动公交车的永磁电机运行情况出发，对永磁电机的冷却系统进行了重新设计和相应优化，让其能够满足复杂城市路况中永磁电机的冷却需求，根据后续的模拟仿真试验，笔者认为本次设计的永磁电机冷却系统能够很好的满足该城市的公交车运行需求。而其他地区还需要根据其所在城市的政策、经济、路况和环境要求对该系统进行调整，才能最大程度的满足永磁电机的运行需要。

参考文献

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