摘要将电机表面热模子嵌入到汽车热处理体系中，实实际时温度预测和优秀的冷却调理已成为一种趋向。高精度解析模子的构修经过是工程运用中最疾苦的局限。然而，电

将电机表面热模子嵌入到汽车热处理体系中，实实际时温度预测和优秀的冷却调理已成为一种趋向。高精度解析模子的构修经过是工程运用中最疾苦的局限。然而，电动汽车操纵的电机广泛事情于盛大的空间中，个中交变电磁场正在差别的事情状况下发生差别的产热举止。同时，重要损耗因素和重要传热途径受温度转变的影响较大。古板的修模步骤往往纰漏了这些影响，对模子举行了太过简化，导致显著的误差。本文的重要功劳正在于提出了一种对电机统统运转空间具有较高预测精度的表面修模步骤。实践结果声明，正在一个轨范测试周期内，及时预测精度升高了近60%。为保障工程运用，本文还对热处理体系操纵所提出的热模子时的谋略用度举行了评估。

近年来，电动汽车的热处理体系希望将一切冷却子体系整合正在一道，告竣更好的独揽质地。以是，热处理体系务必具备预测他日温升的技能。如许既可能有用低浸冷却体系的总能耗，又可能大方避免或许涌现的热害。

正在动力传动体系中，电机不行避免地会发生大方的热量，导致温渡过高，恫吓绝缘安闲。为了经济主意，热处理体系日常只正在机械内部操纵一个或两个热电偶，热音信有限，妨碍了热处理的生长。为了实实际时预测，有一种趋向是将电机表面热模子转码嵌入到热处理体系中，以预测其热状况，更加是正在懦弱名望。正在独揽单位中嵌入表面热模子可能供给一种经济的步骤来取得其他少少紧张名望的温度，而不必要热电偶，如永磁同步电机和槽式绕组。正在工程运用中，高精度热解析模子的构修是最疾苦的局限，惹起了人们的渊博合怀。

最先，正在热处理体系中操纵的照料器谋略技能有限。有限元法谋略量大，只可采用可变化的表面模子大局。其次，请求模子正在电机的统统运转状况下尽或许准确。热等效电道明白(ECA)为电机供给了一种利便的表面修模步骤。然而，正在古板热ECA的固有参数广泛设备为常数或遵照体味线性调度。汽车电机广泛正在大界限的转速和扭矩界限内事情。内部的热和磁场会彼此效率，彼此影响。希奇是正在高频下，因为交变磁场的影响，功率损耗的构成与低频下有很大的差别。其它，温度的转变对功率损耗和传热有明显的影响，温度对损耗率的影响方法是庞大的，并会跟着运转状况的转变而转变。以是，古板大局的热ECA正在这种环境下操纵广泛被以为过于简化和缺乏足够的细节。

本文的重要功劳是提出了一种改正的表面修模步骤，个中蕴涵了更众的细节。它应用表面框架，将差别场的重要物理变量接洽起来。其它，还仔细先容了相应的合节参数标定经过，以告竣高精度的预测。

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为了模仿永磁同步电机的热本能，最先采用如图2所示古板的热ECA步骤对永磁同步电机举行初始修模。这种热ECA的根本大局是基于图3(a)和(b)中的离散组件。日常来说，热源、热容和热阻都是先用表面估算，并联合全尺寸有限元明白举行估算，然后再通过实在的实践测试举行纠正，以保障凿凿性。下文对热源、热容和热阻举行了估算和纠正。

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汽车永磁同步电机的最大转速为每分钟1.2万转，并采用10极拓扑布局。最大频率有或许到达1kHz。当机械正在高速运转时，因为电场透露惹起的槽绕组涡流效应好坏常显著的。正在接下来的明白中，因为磁通放大效应的不同，绕组损耗被分为槽部和端部两局限。假设感觉电流受电阻局部，且涡流发生的磁场与外部磁场比拟可能纰漏不计，则第l绕组层各导体中定子磁场形成的特别涡流失掉可能用（1）式猜度：

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式中，σ为为铜的电导率，μ0是真空导磁率，ω是输入电流的角速率，d是裸线的半径，La是营谋局限的长度，wl是第l层的槽宽度，Σl-1NI是第l层以下导体的电流之和。转子挽回惹起的绕组损耗操纵全尺寸有限元模子谋略。资料系数列于表2。总的表面猜度互换损耗与有限元明白结果举行较量，如图4所示。

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有限元明白结果声明，因为铁芯对漏磁场没有放大效应，端面区域的互换效应远小于有源区域。其它，端部绕组的损耗发生趋于匀称。因而只思索直流损耗。铁损重要包含磁滞损耗、附加损耗和经典损耗。前两局限占大都。日常来说，铁损密度可能由（6）式暗示，个中的参数可能由差别饱舞下铁损数据的插值取得。

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式中，Kh是磁滞系数，Kf是填充因数，Kex是附加损耗系数，Bm是这个区域的通量密度的振幅。必要防备的是，电机采用的独揽步骤对电机的损耗有不行轻忽的影响。本文所选用的永磁同步电动机采用的是恒转矩输出区独揽步骤。正在高速运转时，通过漂移定子电流角来告竣弱磁场独揽。以是，永磁同步电动机的磁场受d轴电流分量的影响，必要思索d轴电流分量对铁损的影响。其余，因为逆变器的脉冲宽度调制，定子铁内部存正在高频谐波，会形成特别的铁芯损耗。公式(8)可能用来升高前面先容的经典损耗猜度公式(5)的精度。

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正在永磁同步电动机中，转子与定子绕组发生的电枢磁场同步挽回。铁芯和永磁体的功率损耗重要是由载流脉冲宽度调制谐波和槽谐波惹起的磁滞损耗和涡流损耗。通过灵动度明白创造，图2中的热阻不必要孤独丈量举行校正。模子的本能根本上是由重要传热途径的热阻裁夺的，也可能通过稳态直流热测试举行纠正。绕组中的温度分散对其热导率相当敏锐。正在大大都环境下，对每条孤独的电线举行修模是不行取的。本文操纵集总热导率，用于避免太过修模。热容对热模子的瞬态热本能有紧张影响。它们的值最先由供应商供给的热容和从永磁同步电机的三维模子中推导出的每个部件的真实体积来估算。然后通过简化的瞬态直流测试对热容举行校正。正在测试中，绕组被输入一个大的直流电流，以发生一个已知巨细的热流，永磁同步电机的温度将从室温上升到稳态。内置正在机械内部的热电偶的读数用于调度重要部件的热容。正在明白耦合众物理场根本参数之间的彼此影响的根蒂上，本文提出了一种新的表面模子，以升高永磁同步电机统统事情状况的猜度精度。图5为所提出的改正的表面模子框架，重要包含两个闭环和三个子模子:模子(A)，模子(B)和模子(T)。模子(A)用于谋略各部件正在差别输入下的损耗率(产热率)，模子(B)用于纠正目下温度分散下的热传导值，模子(T)是原始的热ECA。

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图6给出了所提出的改正模子正在永磁同步电动机热处理体系中的施行流程图。对待每个谋略周期/运转韶华步长，将(A)和(B)模子谋略的节点热资源和热传导参数导入到热模子(T)中，谋略温度分散。模子(T)的结果将反应到下一个谋略周期(A)和(B)模子的失掉率和热导率的猜度值。对待操作韶华步长，采用丈量值对端部绕组温度举行纠正，以节减偏差累积。

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个中，Tk 为第k个节点横跨参考温度Tref 的温升，Ck和Qk 区别为第k个节点的热容和损耗率。[A]为集总热阻矩阵，i为采样韶华节点，Δτ为谋略韶华步长。热源[Q]是限制温度[T]的函数，Kk(Tk) 是第k个节点正在其限制温度下的温度系数，Q是参考温度下的损耗率。热阻矩阵[A]也会遵照温度状况革新。正在永磁同步电机长进行了一系列丈量，以验证所提出的热模子的预测精度。图7出现了完全的实践设备。永磁同步电机安设正在大功率电机试验台上，并相连到测功机龙门负载，受集成逆变器独揽器的独揽，并由恒温水流冷却。三相输入电流由高精度电散布感器记实。

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为取得永磁同步电机热门温度并验证所提出模子的预测精度，正在永磁同步电机的端部和有源绕组局限嵌入了两组K型热电偶。其它，为了验证模子的限制精度，正在电机的铁芯、外壳、端盖、端腔和轴承上就寝了足足数目的热电偶，如图8所示。热电偶的读数由数据收罗板 (Smacq-PS2016) 记实。

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为了告竣该算法的热处理，最先正在MATLAB中构修并调试了所提出的表面模子。正在装入热处理体系独揽器前，将统统模子从头编译成C讲话，转码到SPEEDGOAT(及时仿真体系)寓目是否能餍足及时谋略的请求。结尾，统统顺序由转码器转码到汽车ECU所需的大局。本文正在一个轨范行驶周期内对永磁同步电机温升举行测试，如图9所示。

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将本文提出模子和古板模子的失掉猜度结果举行比拟，验证模子的凿凿性，测试结果如图10所示。它显示了与纰漏耦合情景的古板模子比拟，该模子能更凿凿地猜度损耗。本文所提出的热模子思索了对状况偏移的储积，它能较好地描画永磁同步电机内部的发烧和温升。以是，正在汽车永磁同步电动机的宽工况下具有较好的完全精度。结果声明，误差率正在-1%~4.5%之间摇动，齐全餍足热处理体系的精度请求。

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为了进一步加强模子的实用性，本文记实了模子的谋略花费。图11列出了每个预测周期(0.5s)中模子谋略的韶华本钱(以1000s~1200s为例) 。模子谋略的最大韶华本钱仅小于0.03秒，远小于预测周期0.5s。以是，提出的表面模子可能充裕餍足汽车热处理体系的运用请求。

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Tenghui Dong , Xi Zhang, Member, IEEE, Chong Zhu, Member, IEEE, Fei Zhou, and Zhaojun Sun.Improved Thermal Modeling Methodology for Embedded Real-Time Thermal Management[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics,2021,Vol.17(No.7): 4702-4713.

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