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某款電機油冷結(jié)構(gòu)設(shè)計分析
油冷結(jié)構(gòu)設(shè)計圖1給出所設(shè)計電機的三維模型及冷卻通道流體域模型。從圖中可以看出本研究中所設(shè)計的冷卻結(jié)構(gòu)主要包括兩部分，一部分是定子背部環(huán)形冷卻通道，用于冷卻定子鐵心。另一部分繞組端部淋油冷卻。
圖1 電機三維模型及冷卻結(jié)構(gòu)流體域
01# 定子背部油路仿真分析
本研究中所設(shè)計冷卻結(jié)構(gòu)包含定子背部油路以及端部淋油結(jié)構(gòu)兩部分，由于兩部分冷卻結(jié)構(gòu)為串聯(lián)式設(shè)計，兩部分流量總和即為入口流量，所以確定其中一部分流量即確定了整體的流量分配情況。首先針對定子背部油路進(jìn)行詳細(xì)的流場仿真分析。
表1 定子背部油路流場仿真流量結(jié)果
雖然匝數(shù)對于定子背部油路流量影響很小，但不同匝數(shù)下定子背部油路的散熱效果會受到流速、流阻、等流體參數(shù)影響，因此建立了只包含定子鐵心與冷卻結(jié)構(gòu)的溫度場計算模型如圖12所示，仿真過程中值考慮定子鐵耗，通過CFD方法計算得出不同油路匝數(shù)下定子溫度并研究不同油路匝數(shù)下的散熱效果，溫度分布如圖3所示。
圖2 定子溫度計算模型
圖3 不同定子背部油路匝數(shù)下定子溫度分布
可以看出，當(dāng)定子背部厚度同為2mm時，隨著油路匝數(shù)的增多定子溫度逐漸降低，因此最終確定定子背部油路厚度為2mm，匝數(shù)為8匝。接下來將著重分析冷卻結(jié)構(gòu)的端部淋油特性。
02# 端部淋油結(jié)構(gòu)流體仿真分析
針對不同噴油孔直徑和數(shù)量下的流場特性及噴油效果進(jìn)行了研究，選擇噴油孔數(shù)量為9個或11個，如圖4所示。此外，選取噴油孔直徑為1.5mm，2mm，2.5mm，3mm四種尺寸。所以共得出8種噴油孔設(shè)計方案如表2所示，首先針對8種方案進(jìn)行噴油環(huán)壓力分析，結(jié)果如圖5所示。
圖4 兩種噴油嘴布置模式
表2 噴油孔設(shè)計方案
圖5 噴油環(huán)壓力分布圖
從圖5可以看出，噴油孔的孔徑越小，壓力越大，噴油環(huán)及噴油孔的壓力分布越均勻。與此同時，在孔徑相同的情況下，布置9個孔時噴油環(huán)的壓力略高于布置11個孔時。這說明了9個孔的平均噴淋流速要大于11個孔。此外，為了量化噴油孔直徑和數(shù)量兩個因素對噴油效果的影響，表3給出了具體的流量分布結(jié)果。
表3 流量仿真具體結(jié)果
由表3可以看出，從方案A1到方案D2，噴油孔中的最大流量呈現(xiàn)逐漸增大趨勢，最小流量呈現(xiàn)逐漸減小趨勢，因此兩者之間的差值也逐漸增大。同時，噴油孔的平均噴射速度逐漸降低。
03# 油冷結(jié)構(gòu)實驗研究
為了研究孔徑和孔數(shù)對冷卻結(jié)構(gòu)噴油效果的影響，設(shè)計了可更換噴油孔的電機殼體，如圖6所示。該電機殼體采用3D打印方法構(gòu)建，可進(jìn)行不同孔數(shù)量及排布方式下的油路實驗驗證。
圖6 耐高溫樹脂材料電機殼體及流量測量實驗平臺
首先針對8個方案依次進(jìn)行實驗分析，觀測噴油效果并對噴油孔的流量進(jìn)行測量，在實驗中觀測到的各方案下的噴油性能表現(xiàn)如圖7所示?？梢钥闯觯瑥姆桨窤到方案D，噴油效果明顯減弱，這與仿真結(jié)果是一致的。此外，由于在方案C和方案D中，從孔中緩慢溢出的油無法被量杯收集，因此最小流量記錄為零，這將導(dǎo)致誤差增加。
圖7 實驗得到的噴油效果
另外，圖8給出了仿真和實驗得到的最大流量差對比，并在圖17中標(biāo)注了仿真結(jié)果相較于實驗結(jié)果的誤差?？梢钥闯?，仿真和實驗得到的最大流量差變化情況是一致的，均隨著孔徑的增大而呈現(xiàn)出明顯的增大趨勢。方案A和B的誤差小于5%。
圖8 仿真和實驗得到的最大流量差
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