新能源汽车电机设计软件（基于Motor-CAD的新能源汽车水冷电机热设计）

内容摘要

当前，新能源汽车所用电机主要为水冷结构，主要包括螺旋水道与平行水道两种方式。为了提高电机的功率密度，需要对电机冷却系统进行优化设计。电机的冷却系统的设计主要包括两个含义，水道结构的设计及水流量的设计。

本文将通过Motor-CAD展示，如何采用Motor-CAD对水冷电机进行散热分析。

Motor-CAD是全球领先的新能源汽车电机选型分析及设计软件，用于新能源汽车电机的选型匹配，优化设计，竞品分析，拆解分析等。开发至今，已被全球主要的整车生产企业、电机生产商、科研机构及高校等广泛使用。

Motor-CAD集成化软件包，可在选型、设计阶段高效地对电机进行电磁和热性能测试；软件包括：电磁（EMag）、热（Therm）和虚拟实验室（Lab）三个模块，可在几分钟内精确评估电磁和热特性。

本例采用Nissan Leaf电机模型进行分析设计。在进行分析之前，首先要准备电机模型，需要对电机的冲片结构、绕组分布、绕组参数等进行设置，由于本文的重点不在于此，不做详细介绍。设置完毕的电机结构如下图所示：

结构尺寸

绕组分布及线规选型

至此电机模型已经准备完毕，下一步将直接切换到LAB虚拟实验室模块进行效率MAP及路况图谱分析，其主要步骤如下。

水道尺寸设置

通过在热计算界面，选择WJ Channel尺寸，选择水道的下壁厚度及水道高度：

切换到轴向界面，设置水道宽度及间隔宽度，如下图所示：

设置完毕，切换到3D结构，可以显示水道三维结构图，如下图所示：

绕组参数设置

计算电机的散热，需要对电机的槽绝缘、导线漆皮厚度、浸漆率等影响电机散热的因素进行设置，通常软件默认的浸漆率为0.8，即80%。

冷却系统设置

主要包括机壳外部的冷却方式选择，安装方式及冷却系统的选择。

损耗设置

此处的损耗主要是电机在某一工作点工作时候的稳态温升计算，所以此损耗为稳态损耗，如果要计算瞬态温升，需要到驱动周期界面设置瞬态损耗，或者选择简单瞬态。

材料与接触热阻

材料选择默认设置即可，软件会根据各部分自动设置匹配相关材料，也可手动设置热导率。

接触热阻是个很重要的参数，对于水冷电机来说，接触热阻的准确评估，对精确计算非常重要，Motor-CAD软件集成了多重工艺水平的接触热阻，包括过盈配合等，可直接在软件当中设置，也可以自定义。

水冷系统设置

主要包括水流量、入口水温、冷却液类型、冷却水到串并联数设置等。自然对流换热系数，辐射系数等软件能够自动设置计算。

计算结果

设置完毕，选择计算，结果如下：

径向温度

轴向温度

槽内有限元温度场分布

磁极有限元温度分布

各部分损耗

各部分对流换热系数计算

热阻计算

水道参数计算

NEDC路况及对应的额损耗曲线

1个NEDC周期下，电机绕组、磁钢及机壳温升

10个NEDC周期下，电机绕组、磁钢及机壳温升

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