随着电机轻量化和高能量比需求的不断增加，电机设计工作不再仅仅只是要性能可靠和低成本，更重要的是要能够提供尽可能小的体积和较轻的质量，这就必然导致电机单位体积能量的增加，从而引起电机温升的升高。

　　近年来，国内外许多学者在电机温升计算及散热结构优化上做出了许多新的尝试和探索，并取得了一定的。

　　本文旨在介绍一种使用RMxprt和Motor-CAD快速准确计算电机温升的方法，为合理制定电机设计初始方案和后续CFD优化提供参考。

　　RMxprt是Ansys系列软件中基于等效磁路法计算电机电磁性能的一个模块，操作简单，快速准确，能够解决目前工程应用上大部分电机类型的求解需求。

　　对于不带冷却风扇的永磁电机，风摩损耗主要由电机转子表面与空气的摩擦产生，由气隙中的速度分布和气隙中的空气自身特性决定[12]，同时风磨损耗还要受到转子表面粗糙度的影响。

　　式中：K为转子表面粗糙度，光滑时取1；Cf为转子外表面摩擦系数；ρ0为气体密度-kg/m3；ω为转子角速度-rad/s；r为转子半径-m；L为转子铁芯长-m。

　　式中：Reδ为由于转子旋转而引起的转子表面空气切向摩擦的径向雷诺数；δ为气隙大小-m；μ为空气的动力粘度-Pa·s。

　　对于一般永磁电机（n＜5000r/min），风摩损耗通常可以忽略不计。其余数据根据电机设计参数，参见相关书籍或资料完成输入。

　　双击打开RMxprt导出的.mot文件，电机类型、定转子几何尺寸、绕组数据、损耗等将自动导入Motor-CAD软件中，无需重新建模，如图2、图3。

　　RMxprt中内置式永磁同步电机目前无法添加转子孔，可在Motor-CAD中手动添加，同时需根据设计修改轴承和壳体外形尺寸。

　　永磁同步电机通常采用水冷方式进行冷却，常用的水套结构有轴向Z型和周向螺旋型。因流阻较大，轴向水道适合轴向长度较长而周向半径较小的电机[2][13]。

　　本文以一个现有产品为例介绍电机温升速算方法，对于水套结构的选择不作深入讨论，原则上电机轴向长度数倍于水路中心圆直径，轴向水道冷却系统的综合效果才会优化螺旋水道。

　　电机定子外圆Di为290 mm，壳体外圆Do为334 mm，考虑机械强度，水套内外壁厚h均取7 mm，电机总损耗Pg＝2164.3W，设进水口温度60℃，出水口温度65℃，因此：

　　式中：Qm为冷却水流量-L/min；k为系数，一般取2～3；c为水的比热容-J/Kg·℃；ρ为水的密度Kg/L。

　　由于本电机进出水口在同一侧，所以n必须为偶数，为电机机械强度，n取12，重新计算，取整得a＝65 mm，c≈16.5 mm。

　　在Input Data页中Fluid Properties项选择相应的冷却液，也可以手动输入冷却液热性能参数。进水口温度设为60℃，流量按3.2.1计算结果输入（需单位转换），其余项保持默认（用户可根据水套实际设计修改相应参数，如水道并联路数等），如图6。

　　由于加工工艺的原因，不存在绝对光滑的材料，接触面之间都会存在缝隙。电机中定子和机壳之间的接触间隙对温升的影响较大，铝制机壳与铁芯间等效气隙厚度平均值为0.051mm[14]。

　　电机损耗包括定子铁损、铜损、转子涡流损耗和机械摩擦损耗等，RMxprt生成热模型时各项损耗已自动导入Motor-CAD中，且铁损平均分配给了定、转子齿轭部，如图7。

　　对于一般永磁电机（n＜10000r/min），转子涡流损耗可忽略不计，铁损全部由定子产生，应根据定子齿轭部的磁密和重量按照比例进行重新分配。

　　本文电机用于电动客车，运行工况复杂，为便于温升计算，文献［15］针对电动汽车用驱动电机简化出了两种冲击工况，其中主额定工况计算结果与NEDC工况试验结果相近。

　　需注意，峰值段转矩和转速都应以峰值状态输入。Motor-CAD中电机电流是以扭矩等效转换得到，进而计算铜损。其余损耗均与转速有关。

　　如图9，电机经5次循环后热状态逐渐稳定，定子绕组温度最高。由图10可以看出，绕组最高点温度为81.6℃。

　　本文电机在温度60℃时，绕组最高温度81.6℃，。远小于H级绝缘允许温度180℃，有足够的设计余量，可进一步优化电机的体积和电磁性能，提高功率密度比。

　　表1为各工况下绕组温度的计算情况，主峰值工况计算结果最保守，一般用主额定工况计算结果作为设计依据。