CN108875255B - 基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，包括以下步骤：S1、将实际电动汽车的电机模型嵌入到Advisor仿真软件中，并在给定该电动汽车行驶工况的条件下，记录电机的实际转矩和转速；S2、根据电机的实际转矩和转速，计算电动汽车行驶时永磁驱动电机的实际工作电流；S3、将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，分析永磁驱动电机的温升。本发明提供的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升计算方法，能够更准确地计算电动汽车实际行驶时驱动电机的温升分布，可以更好地发挥绝缘材料性能，降低系统成本，提高电动汽车驱动电机运行的稳定性和可靠性。

Description

基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法
技术领域
本发明属于电机温升计算技术领域，具体涉及一种基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法。
背景技术
20世纪70年代以来，全球能源危机与环境问题日益严重使得电动汽车行业快速发展。目前国内车用燃油过度消耗，石油对外依存度不断提高，环境问题日益加剧，而然后汽车尾气排放是主要污染源之一。在减少环境污染、环境能源危机的前提下，电动汽车因其污染小、节约能源的优点，处于重要的战略发展机遇期。
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，负荷道路交通、安全法规各项要求的车辆。相较于传统燃油汽车，纯电动汽车以电池代替燃油，以驱动电机代替内燃机，从而将电能转化为机械能。目前，纯电动汽车用驱动电机主要有直流电机、永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机。而电动汽车驱动电机的温升计算时电机设计阶段最重要的校验手段之一，对电机运行是的等效电阻，电感和效率等参数有显著影响，一直是电力行业广受关注的热点问题。
电动汽车作为一种交通运输工具，要求其驱动电机具有比工业牵引电机更高的功率密度和效率，准确计算驱动电机温升对电动汽车而言尤为重要，过高的温升计算结果会使电机设计尺寸和重量过大，不仅会侵占电动汽车有限的空间，也会缩短电动汽车的续驶里程，而过低的温升计算结果可能导致电机实际温升超过绝缘材料和永磁铁的最高允许温度，致使绕组绝缘的过早失效和永磁体退磁，严重时甚至会威胁到人员的生命安全。
当前对电动汽车驱动电机温升问题的研究，多采用工业牵引电机温升的分析方法，基于额定电流和冷却调节进行计算。而电动汽车驱动电流是按行驶需求不断变化的，采用该类方法计算电机温升必然会产生较大的误差。大量的统计数据表明，行驶工况能够较好地描述电动汽车行驶规律，因此采用行驶工况对电动汽车驱动电机温升进行分析具有良好的现实意义。在现有技术中，一种方法为利用整车工况计算驱动电机的转矩和转速，然后利用有限元仿真软件计算损耗，最后基于热网络分析电动机温升，但该方法需要实验测试来确定电机内损耗分布，很难在设计阶段对电机性能进行校核；另外一种方法中，利用有限元计算了UDDS工况下永磁驱动电机的损耗，进而给出了电机温升结果，但其无法与目前电动汽车广泛采用的矢量控制等先进控制策略直接接口，在某种程度上阻碍了该方法在工程实践中的实际应用。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升计算方法解决了现有技术中无法在实际行驶工况下对永磁驱动电机进行温升分析的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，包括以下步骤：
S1、将实际电动汽车的电机模型嵌入到Advisor仿真软件中，并在给定该电动汽车行驶工况的条件下，记录电机的实际转矩和转速；
S2、根据电机的实际转矩和转速，计算电动汽车行驶时永磁驱动电机的实际工作电流；
S3、将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，得到电动汽车实际行驶时永磁驱动电机的温升随其实际工作电流变化的规律。
进一步地，所述步骤S1具体为：
S11、根据永磁驱动电机所装配的实际电动汽车的整车参数，确定Advisor整车仿真模型中的整车参数；
S12、采用理论计算方法计算实际永磁驱动电机输出特性曲线，得到不同转速对应的电机转矩；
S13、根据转速和转矩数据，查找电机手册数据，给定不同转速下电机损耗，并调整Advisor整车仿真模型中的所对应的损耗数据；
S14、在Advisor软件中，给定电动汽车行驶工况，运行该行驶工况若干周期，记录电动汽车永磁电动机实际转矩和转速。
进一步地，所述步骤S12中，额定转速下采用恒转矩调速，输出额定转矩，额定转速以上采用横定功率调速，输出恒功率，得到永磁驱动电机输出特性曲线。
进一步地，其特征在于，所述步骤S2具体为：
S21、计算电机电磁转矩标幺值，进而计算永磁驱动电机d轴和q轴电流的标幺值；
S22、根据永磁驱动电机d轴和q轴电流的标幺值，分别计算d轴和q轴旋转电流的瞬时值，并将其变换为三相电流瞬时值；
S23、利用数理统计方法对所得永磁驱动电机三相电流瞬时值进行统计，得到永磁驱动电机实际工作电流的变化曲线。
进一步地，其特征在于，所述步骤S21中：
所述电机电磁转矩标幺值Tb的计算公式为：
Tb＝TE/TB
式中，TB为电磁转矩基值，且TB＝nPψFiB；
TE为实际电磁转矩，且TE＝nP(ψFiQ+(LD-LQ)iDiQ)；
nP为极对数；
ΨF为永磁铁体空间磁链；
LD、LQ分别为永磁驱动电机的直、交轴等效电感；
所述永磁驱动电机d轴电流的标幺值id的计算公式为：
id＝iD/iB
所述永磁驱动电机q轴电流的标幺值iq的计算公式为：
iq＝iQ/iB
式中，iB为电流基值，且iB＝ψF/LQ-LD；
iD、iQ分别为永磁驱动电机的直、交轴电流。
进一步地，其特征在于，所述步骤S22具体为：
所述d轴旋转电流的瞬时值iQd的计算公式为：
iQd＝iqiB
所述q轴旋转电流的瞬时值iQq的计算公式为：
iQq＝idiB
将所述d轴和q轴旋转电流的瞬时值变换为三相电流瞬时值的方法具体为：
通过park逆变换将旋转的d轴和q轴的选择电流瞬时值转变为静止的α、β轴电流瞬时值，然后通过clark逆变换将静止的α、β轴电流瞬时值变换为三相电流瞬时值；
所述三相电流瞬时值为电动汽车永磁驱动电机三相输入电流的瞬时值。
进一步地，其特征在于，所述步骤S3具体为：
确定永磁驱动电机的结构参数和冷却方式，将永磁驱动电机的损耗作为热源，将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，在给定的若干运行工况下运行，在电机温升达到稳定时，得到电动汽车实际行驶时永磁驱动电机的温升随其实际工作电流变化的规律。
进一步地，其特征在于，所述永磁驱动电机的结构参数包括绕组匝数尺寸、永磁铁的形状位置、永磁铁的槽数、永磁铁的槽型尺寸、永磁铁的铁心叠片材料尺寸；
所述冷却方式为包括各部分材料的散热系数、冷却液流量、冷却通道的内径、外径和圆心角。
进一步地，其特征在于，所述永磁驱动电机的损耗包括铜损、铁耗和轴承摩擦损耗；
所述铜损为各相绕组上产生的损耗，所述铜损PCu计算公式为：
Figure BDA0001718788740000051
式中，I为绕组相电流；
R为绕组电阻；
m为相数；
所述铁耗为交变磁场穿过定子铁芯时，产生的涡流损耗和磁滞损耗，所述铁耗Pfe的计算公式为：
Figure BDA0001718788740000052
式中，Pfe为单位质量的铁耗；
ω为角频率；
Bp磁密峰值；
γ1、γ2、ε均是铁磁材料有关的常数；
所述轴承摩擦损耗Pf为电动汽车内置式永磁驱动电机滚动轴承的摩擦损耗，所述轴承摩擦损耗的计算公式为：
Figure BDA0001718788740000061
式中，Q为轴承载荷；
d为滚珠中心处的直径；
v为滚珠中心的圆周速度。
本发明的有益效果为：本发明提供的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升计算方法，能够更准确地计算电动汽车实际行驶时驱动电机的温升分布，可以更好地发挥绝缘材料性能，降低系统成本，提高电动汽车驱动电机运行的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明提供的实施例中基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法实现流程图。
图2为本发明提供的实施例中计算电动汽车行驶时永磁驱动电机的实际工作电流方法流程图。
图3为本发明提供的实施例中分析永磁驱动电机的温升方法流程图。
图4为本发明提供的实施例中Advisor中电动汽车驱动电机的电流逆解耦模型结构图。
图5为本发明提供的实施例中在市区工况UDC中电动汽车电机的转矩和瞬时工作电流对应图。
图6为本发明提供的实施例中市郊工况EUDC中电动汽车电机转矩和瞬时工作电流对应图。
图7为本发明提供的实施例中UDC工况下电机定子槽温度分布图。
图8为本发明提供的实施例中EUDC工况下电机定子槽温度分布图。
图9为本发明提供的实施例中UDC工况下定子绕组仿真和实测结果对比图。
图10为本发明提供的实施例中EUDC工况下定子绕组温升仿真和实测结果对比图。
图11为本发明提供的实施例中UDC工况下永磁铁温升仿真和实测结果对比图。
图12为本发明提供的实施例中EUDC工况下永磁铁温升仿真和实测结果对比图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，包括以下步骤：
S1、将实际电动汽车的电机模型嵌入到Advisor仿真软件中，并在给定该电动汽车行驶工况的条件下，记录电机的实际转矩和转速。
如图2所示，上述步骤S1具体为：
S11、根据永磁驱动电机所装配的实际电动汽车的整车参数，确定Advisor整车仿真模型中的整车参数。
分析永磁驱动电机所装配实际电动汽车的整车参数，在Advisor整车仿真模型中选择和该实际车型相近的参数，并修改Advisor整车仿真模型中的整车参数(如整车重量、迎风面积等)使其与实际车型的参数一致。
S12、采用理论计算方法计算实际永磁驱动电机输出特性曲线，得到不同转速对应的电机转矩。
上述步骤中，在额定转速下以采用恒转速的调速方式，在额定转速以上时采用恒功率的调速方式，计算实际永磁驱动电机输出特性曲线，即得到关于不同转速对应的电机转矩。
S13、根据转速和转矩数据，查找电机手册数据，给定不同转速下电机损耗，并调整Advisor整车仿真模型中的所对应的损耗数据。
同时将所得转矩与转速数据带入到电动汽车Advisor整车仿真模型的m文件中，并按照实际电机的参数修改m文件中的峰值转矩，最高转速等数据。
S14、在Advisor软件中，给定电动汽车行驶工况，运行该行驶工况若干周期，记录电动汽车永磁电动机实际转矩和转速。
S2、根据电机的实际转矩和转速，计算电动汽车行驶时永磁驱动电机的实际工作电流；
如图3所示，上述步骤S2具体为：
S21、计算电机电磁转矩标幺值，进而计算永磁驱动电机d轴和q轴电流的标幺值；
上述步骤S21中：
电机电磁转矩标幺值Tb的计算公式为：
Tb＝TE/TB (1)
式中，TB为转矩基值，且TB＝nPψFiB；
TE为实际电磁转矩，且TE＝nP(ψFiQ+(LD-LQ)iDiQ)；
nP为极对数；
ΨF为永磁铁体空间磁链；
LD、LQ分别为永磁驱动电机的直、交轴等效电感；
永磁驱动电机d轴电流的标幺值id的计算公式为：
id＝iD/iB (2)
所述永磁驱动电机q轴电流的标幺值iq的计算公式为：
iq＝iQ/iB (3)
式中，iB为电流基值，且iB＝ψF/LQ-LD；
iD、iQ分别为永磁驱动电机的直、交轴电流。
根据上述公式中的标幺值定义，得到永磁驱动电机电磁转矩的标幺值计算式为：
Tb＝iq(1-id) (4)
为提高电动汽车驱动电机的输出性能，多数电动汽车采用最大转矩电流比控制策略对永磁驱动电机进行驱动，最大转矩电流比控制策略下永磁电机的实际驱动电流的d、q轴分量满足：
Figure BDA0001718788740000091
式中，is＝i/iB，i定子电流的瞬时值；
综合本步骤中的两个方程构造拉格朗日极值函数
Figure BDA0001718788740000092
求解电流最小值；式中，λ为拉格朗日算子；
基于拉格朗日极值定理，得到方程：
Figure BDA0001718788740000101
对上述方程(6)进行求解，并消去λ，得到：
Figure BDA0001718788740000102
求解方程(7)中
Figure BDA0001718788740000103
中iq的反函数，由于公式(7)中第二行方程
Figure BDA0001718788740000104
中id的反函数不存在)，因此需要借助其他方程，将iq反函数求解结果带入到方程Tb-(iq(1-id))中，进而给出id对于Tb和iq反函数，并搭建相应的Simulink电流逆解耦模型，即可计算Advisor仿真模型中电动汽车永磁驱动电机的d轴和q轴电流的标幺值。
S22、根据永磁驱动电机d轴和q轴电流的标幺值，分别计算d轴和q轴旋转电流的瞬时值，并将其变换为三相电流瞬时值；
上述步骤S22具体为：
d轴旋转电流的瞬时值iQd的计算公式为：
iQd＝iqiB (8)
q轴旋转电流的瞬时值iQq的计算公式为：
iQq＝idiB (9)
将d轴和q轴旋转电流的瞬时值变换为三相电流瞬时值的方法具体为：
通过park逆变换将旋转的d轴和q轴的选择电流瞬时值转变为静止的α、β轴电流瞬时值，然后通过clark逆变换将静止的α、β轴电流瞬时值变换为三相电流瞬时值；
三相电流瞬时值为电动汽车永磁驱动电机三相输入电流的瞬时值。
S23、利用数理统计方法对所得永磁驱动电机三相电流瞬时值进行统计，得到永磁驱动电机实际工作电流的变化曲线。
S3、将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，得到电动汽车实际行驶时用词驱动电机的温升随实际工作电流变化的规律。
上述步骤S3具体为：
确定永磁驱动电机的结构参数和冷却方式，将永磁驱动电机的损耗作为热源，将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，在给定的若干运行工况下运行，在电机温升达到稳定时，得到电动汽车实际行驶时永磁驱动电机的温升随其实际工作电流变化的规律。
其中，永磁驱动电机的结构参数包括绕组匝数尺寸、永磁铁的形状位置、永磁铁的槽数、永磁铁的槽型尺寸、永磁铁的铁心叠片材料尺寸等等；
冷却方式为包括各部分材料的散热系数、冷却液流量、冷却通道的内径、外径和圆心角等等。
其中，永磁驱动电机的损耗包括铜损、铁耗和轴承摩擦损耗；
铜损为各相绕组上产生的损耗，铜损PCu计算公式为：
Figure BDA0001718788740000111
式中，I为绕组相电流；
R为绕组电阻；
m为相数；
铁耗为交变磁场穿过定子铁芯时，产生的涡流损耗和磁滞损耗，铁耗Pfe的计算公式为：
Figure BDA0001718788740000121
式中，Pfe为单位质量的铁耗；
ω为角频率；
Bp磁密峰值；
γ1、γ2、ε均是铁磁材料有关的常数；
轴承摩擦损耗Pf为电动汽车内置式永磁驱动电机滚动轴承的摩擦损耗，轴承摩擦损耗的计算公式为：
Figure BDA0001718788740000122
式中，Q为轴承载荷；
d为滚珠中心处的直径；
v为滚珠中心的圆周速度。
需要说明的是，在电动汽车处于加速或减速工况下，为满足实际行驶需求，永磁驱动电机的输入电流在该加速的时段内，电流呈现上升或下降的直线，在加速度不变的情况下，电流瞬时值曲线的斜率不变，上述方法中取该时段内的电流平均值作为Ansys中永磁驱动电机模型的输入。
在本发明的一个实施例中，提供了将本发明提供的方法的应用实例：
本实例以内置式永磁同步电机作为温升的研究对象，采用纯电动仿真模型，整车及内置式永磁同步电机相关参数如表1所示：
表1电机及整车参数表
Figure BDA0001718788740000123
在输出转矩小于额定转矩时，永磁驱动电机采用恒转矩的调速方式，在输出转矩大于或等于额定转矩时，永磁驱动电机采用恒功率的调速方式，其转速—转矩参数如表2所示：
表2电机转矩和转速
Figure BDA0001718788740000131
将表1和表2的参数嵌入到Advisor软件中，对实际工况进行仿真分析，本实例中的仿真工况为新欧洲循环工况中的市区典型工况UDC和市郊典型工况EUDC，将表2所示的内置式永磁驱动电机的输出特性嵌入到表1的电动汽车模型中，对两种工况循环运行若干周期后的仿真结果表明，22kW永磁电机能够较好地实现电动汽车的动力性能，证明了所选电机功率和电动机车型的匹配是合理的。
基于拉格朗日定理的电流逆解模型求解永磁驱动电机实际工作电流的过程为：
永磁电机的电磁转矩T满足：
T＝p(ψFiQ+LDiDiQ-LQiDiQ) (13)
式中，p为极对数；
ΨF为永磁铁空间磁链；
LD、LQ分别为直、交轴等效电感；
iD、iQ分别为直、交轴电流。
为简化计算过程，采用标幺值进行计算，选取转矩和电流的基值IB、TB分别为
IB＝ψF/LQ-LD (14)
TB＝pψFiB (15)
则式(13)的标幺化形式为：
Tnor＝iq(1-id) (16)
由于最大转矩电流比控制策略在永磁电机驱动中具有较好的优越性；本实例在此策略下建立内置式永磁电机的工况电流进行逆解耦模型，其d、q轴电流分量满足
Figure BDA0001718788740000141
式中，inor＝i/IB，i是定子电流的瞬时值。
最大转矩电流比控制的基本思想是利用最小的电流下产生最大的转矩。为求解电流最小值，综合考虑式(16)、(17)并构造拉格朗日极值函数
Figure BDA0001718788740000142
式中，λ为拉格朗日算子,分别对式(6)计算id,iq和δ的偏微分，可得
Figure BDA0001718788740000143
Tnor＝(id(id-1)3)0.5 (20)
Figure BDA0001718788740000144
利用式(20)结合式(16)，即可给出Advisor中电动汽车驱动电机的电流逆解耦模型，如图4所示。
图4中，电流基准值iB可通过电机给定数据得到，基于图4的电流逆解耦模型，以新欧洲驱动循环中的市区工况UDC和市郊工况EUDC为例，分析其电动汽车电机的转矩和瞬时工作电流分别如图5和图6所示。
图5和图6中上半部分为两种工况下驱动电机的实际输出转矩Te，下半部分为两种工况下驱动电机的瞬时工作电流，为正弦电流波形，为行文简洁，仅给出了一个工况内的波形。
结合图4可以看出，电机的工况电流随着转矩和转速的变化而变化，并且，在汽车加速或减速时，所需的驱动转矩和电流也较大。行驶速度不变时，转矩和电流也保持不变，表明了所给电流逆解耦模型的有效性。
在确定驱动电机温升随工作电流变化时，首先进行永磁电机热源的计算：
(1)铜损：绕组铜损耗包括各相绕组上产生的损耗：
Figure BDA0001718788740000151
式中，I为绕组相电流，R为绕组电阻，m相数。
(2)铁耗：交变磁场穿过定子铁心时，会产生涡流损耗和磁滞损耗。涡流损耗和磁滞损耗统称为铁芯损耗，一般将其统一计算为：
Figure BDA0001718788740000152
式中，Pfe为单位质量的铁耗，w为角频率，Bp磁密峰值，γ1、γ2、ε均是铁磁材料有关的常数
(3)轴承摩擦损耗
电动汽车内置式永磁驱动电机滚动轴承的摩擦损耗可通过下式计算：
Figure BDA0001718788740000161
式中，Q为轴承载荷(N)，d为滚珠(或滚柱)中心处的直径(m)，v为滚珠中心的圆周速度(m/s)。
为简化利用瞬态工作电流分析驱动电机温升问题，根据电机的实际结构和传热学理论做出以下假设：
(1)电机绕组，定转子内的损耗都是均匀分布的，并且电机的外部冷却条件相同；
(2)忽略温差造成的定子绕组电阻率的变化。
根据上述假设，以及相应的导热微分方程和边界条件，可得此各向异性介质模型的二维瞬态温度场的边值问题为：
Figure BDA0001718788740000162
式中：λ为导热系数；ρ为材料密度；cp为定压比热容；qV为已知热流密度或热流密度函数；Tf为冷却介质温度；α为边界上的散热系数；S为求解区域的边界，且方向为逆时针方向；T为环境温度；t为时间；x、y、z为坐标系坐标。
上式的等价变分问题为：
Figure BDA0001718788740000163
基于式(26)的导热微分方程和内置式永磁电机损耗计算式，考虑到永磁电机的机壳外表面周围介质的温度以及该面与周围介质之间的热交换系数均为已知，满足第三类边界条件，将Advisor模型中抽取的电机实际电流作为Ansys模型的输入，可以给出得电动汽车内置式永磁驱动电机内温度场分布的定解。
确定永磁驱动电机的参数中：电机采用往复水冷方式，水流量为1L/min，扇形内径为0.215m，外径为0.225m，对应的圆心角为7.8度。
分别运行10个UDC和EUDC循环工况后，驱动电机二维温度场分布分别如图7、8所示。
图7是在UDC驱动工况下的驱动电机温度场分布，图8是在驱动EUDC工况下电动汽车驱动内置式永磁电机温度场的分布。驱动电机的温度变化情况仿真时间分别为2000s和4500s.
对比图7～8可以看出，在UDC和EUDC工况下内置式永磁电机的槽部温度不同，这是由于不同行驶工况下电动汽车对驱动电机的需求不同，导致不同的工况下，槽部温度存在着较大差异。
定子绕组电流随时间变化较大，定子铜耗以及槽部的发热密度变化显著，槽部温度分布从绕组中心向四周呈辐射状降低。而定子铁心铁耗和发热密度变化相对较小，定子热阻发热密度较高，产生的热量通过绝缘传递到定子铁心，再经由外部水冷系统带走。为此，电机最高温度出现在定子绕组上，定子铁心的温度低于绕组内部温度。
从图7和图8可以进一步看出，在永磁体的不同部位其温度分布不同，这是因为转子侧损耗主要为集中在转子表面附件的铁心附件损耗，相对定子侧损耗大小和发热密度均大大减小，热量分别向气隙和转子铁心传递，为此从转子铁心外表面向内部的温度逐渐降低。
另外，在同一工况下，不同时刻内置式永磁驱动电机的槽部温度不同，这是由于在不同时刻的电动汽车的行驶状态不同，导致驱动电机的定子电流不同，因此，不同时刻驱动电机槽部的温度是变化的。
为对所提基于工况的电动汽车驱动电机温升分析方法进行验证，搭建自行设计的具有表1和表2所给定参数的内置式永磁电机实验台架，将图5和图6所示的电流作为变频器输出的电机驱动电流，利用电动汽车测试系统，通过埋在定子绕组和磁钢附近的Pt100传感器检测温度。
分别连续运行20个UDC和EUDC工况，得到热平衡时内置式永磁电机的动态温升，不同工况下的定子绕组和永磁铁温升的仿真和实测结果分别如图9-12所示。
为对比清晰，图9-图12仅给出了达到热平衡时一个周期内的暂态温升。可以看出，内置式永磁电机定子绕组和永磁铁仿真和实验结果的一致性较好。实测的温升结果略低于仿真计算结果，原因可能是仿真温升分析的散热系数和热阻等参数计算过于理想，同时PT100传感器埋设位置无法和仿真计算位置具有一定的偏差。
在同一行驶工况下，由于实际电机驱动电流的周期性变化，电动汽车驱动电机温升也呈现有规律的周期变化。本实例的结果表明，UDC和EUDC工况下，定子绕组温升的变化范围均约为30℃，变化幅度较大。永磁体温升的变化范围均约为20℃，变化幅度略小于定子绕组。
在两种行驶工况下电动汽车驱动电机温升不同。其中,EUDC工况的温升略高于UDC，结合图5和图6可知，EUDC工况下电动汽车驱动电机的工作电流较大，导致在该工况运行下电机绕组和永磁铁温升高于UDC工况。
对图9-12结果进一步计算可知，在UDC工况下，所给仿真分析方法和实测温升的最大绝对误差为4.8℃，EUDC工况下的最大绝对误差为3.2℃。两种工况下仿真和实测温升的相对误差均小于2％，证明了基于工况电动汽车温升分析方法具有较好的精度。
本发明的有益效果为：本发明提供的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升计算方法，能够更准确地计算电动汽车实际行驶时驱动电机的温升分布，可以更好地发挥绝缘材料性能，降低系统成本，提高电动汽车驱动电机运行的稳定性和可靠性。

Claims (6)

1.基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将实际电动汽车的电机模型嵌入到Advisor仿真软件中，并在给定该电动汽车行驶工况的条件下，记录电机的实际转矩和转速；
S2、根据电机的实际转矩和转速，计算电动汽车行驶时永磁驱动电机的实际工作电流；
S3、将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，得到电动汽车实际行驶时永磁驱动电机的温升随其实际工作电流变化的规律；
所述步骤S1具体为：
S11、根据永磁驱动电机所装配的实际电动汽车的整车参数，确定Advisor整车仿真模型中的整车参数；
S12、采用理论计算方法计算实际永磁驱动电机输出特性曲线，得到不同转速对应的电机转矩；
S13、根据转速和转矩数据，查找电机手册数据，给定不同转速下电机损耗，并调整Advisor整车仿真模型中的所对应的损耗数据；
S14、在Advisor软件中，给定电动汽车行驶工况，运行该行驶工况若干周期，记录电动汽车永磁电动机实际转矩和转速；
所述步骤S12中，额定转速下采用恒转矩调速，输出额定转矩，额定转速以上采用恒定功率调速，输出恒功率，得到永磁驱动电机输出特性曲线；
所述步骤S2具体为：
S21、计算电机电磁转矩标幺值，进而计算永磁驱动电机d轴和q轴电流的标幺值；
S22、根据永磁驱动电机d轴和q轴电流的标幺值，分别计算d轴和q轴旋转电流的瞬时值，并将其变换为三相电流瞬时值；
S23、利用数理统计方法对所得永磁驱动电机三相电流瞬时值进行统计，得到永磁驱动电机实际工作电流的变化曲线。
2.根据权利要求1所述的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，所述步骤S21中：
所述电机电磁转矩标幺值Tb的计算公式为：
Tb＝TE/TB
式中，TB为电磁转矩基值，且TB＝nPψFiB；
TE为实际电磁转矩，且TE＝nP(ψFiQ+(LD-LQ)iDiQ)；
nP为极对数；
ΨF为永磁铁体空间磁链；
LD、LQ分别为永磁驱动电机的直、交轴等效电感；
所述永磁驱动电机d轴电流的标幺值id的计算公式为：
id＝iD/iB
所述永磁驱动电机q轴电流的标幺值iq的计算公式为：
iq＝iQ/iB
式中，iB为电流基值，且iB＝ψF/LQ-LD；
iD、iQ分别为永磁驱动电机的直、交轴电流。
3.根据权利要求1所述的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，所述步骤S22具体为：
所述d轴旋转电流的瞬时值iQd的计算公式为：
iQd＝iqiB
所述q轴旋转电流的瞬时值iQq的计算公式为：
iQq＝idiB
将所述d轴和q轴旋转电流的瞬时值变换为三相电流瞬时值的方法具体为：
通过park逆变换将旋转的d轴和q轴的选择电流瞬时值转变为静止的α、β轴电流瞬时值，然后通过clark逆变换将静止的α、β轴电流瞬时值变换为三相电流瞬时值；
所述三相电流瞬时值为电动汽车永磁驱动电机三相输入电流的瞬时值。
4.根据权利要求1所述的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
确定永磁驱动电机的结构参数和冷却方式，将永磁驱动电机的损耗作为热源，将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，在给定的若干运行工况下运行，在电机温升达到稳定时，得到电动汽车实际行驶时永磁驱动电机的温升随其实际工作电流变化的规律。
5.根据权利要求4所述的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，所述永磁驱动电机的结构参数包括绕组匝数尺寸、永磁铁的形状位置、永磁铁的槽数、永磁铁的槽型尺寸、永磁铁的铁心叠片材料尺寸；
所述冷却方式为包括各部分材料的散热系数、冷却液流量、冷却通道的内径、外径和圆心角。
6.根据权利要求4所述的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，所述永磁驱动电机的损耗包括铜损、铁耗和轴承摩擦损耗；
所述铜损为各相绕组上产生的损耗，所述铜损PCu计算公式为：
Figure FDA0003720496640000031
式中，I为绕组相电流；
R为绕组电阻；
m为相数；
所述铁耗为交变磁场穿过定子铁芯时，产生的涡流损耗和磁滞损耗，所述铁耗Pfe的计算公式为：
Figure FDA0003720496640000041
式中，Pfe为单位质量的铁耗；
ω为角频率；
Bp磁密峰值；
γ1、γ2、ε均是铁磁材料有关的常数；
所述轴承摩擦损耗Pf为电动汽车内置式永磁驱动电机滚动轴承的摩擦损耗，所述轴承摩擦损耗的计算公式为：
Figure FDA0003720496640000042
式中，Q为轴承载荷；
d为滚珠中心处的直径；
v为滚珠中心的圆周速度。
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