电动汽车用IPMSM三端口冷却系统设计与温场协同调控机制研究

本文针对电动汽车空间受限导致的IPMSM（内置式永磁同步电机）过热问题，创新性提出单端口（壳体水套）、双端口（水套+绕组端部喷油）及三端口（水套+喷油+转子轴螺旋油冷）分级冷却方案。通过建立三维集总参数热网络（LPTN）模型，量化分析了不同冷却结构对定子绕组和永磁体热点的温控效果，并结合实验验证了多通道油水协同冷却对电机热安全性的提升作用，为高功率密度电机热管理设计提供理论支撑。

　　

Highlight

绕组温度分布分析

为评估不同冷却结构对电机关键部位的热传导性能，本研究建立了温度-健康风险等级关联模型。采用H级绝缘的绕组温度分级标准为：<130°C无风险，130-150°C低风险，150-170°C中风险，170-180°C高风险。三端口冷却系统显著降低端部绕组热点温度，使最高温升较单端口结构下降23.6%。

实验

搭建电动汽车PMSM温升测试平台（图10），通过原型机定子绕组与转子温度实测数据验证LPTN模型的合理性。在模拟工况下，三端口冷却系统使永磁体温度稳定在<85°C，较传统水冷方案热阻降低37.2%。

结论

基于250kW IPMSM构建的分级冷却LPTN模型表明：三端口（壳体水套+端部喷油+转子轴螺旋油冷）系统通过多通道流体协同换热，使定子绕组热点温度下降至142°C（原单端口为168°C），永磁体温度梯度缩小41.3%。该研究为高功率密度电机热健康管理提供了可工程化的解决方案。

（注：翻译部分已按生命科学领域表述习惯调整，如"thermal health management"译为"热健康管理"，"hot spot"译为"热点"，并保留^oC等专业符号格式）