新能源汽车驱动电机轻量化设计与热管理优化

魏相权 1 唐中政 (通讯作者）2

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摘要：面向新能源汽车空间与能效的协同约束，本文构建了驱动电机轻量化与热管理一体化设计方法。结构侧以密度法拓扑优化为核心，引入柔度最小与模态约束，并叠加最小长度滤波与制造尺寸约束，兼顾强度、振动与可制造性。热侧以冷却通道拓扑为主设计变量，结合共轭传热与 SST 湍流模型开展多目标权衡，围绕压降上限与最小肋厚实现流固耦合优化；材料侧遴选高填充氮化硼环氧用于绕组绝缘，并在齿顶局部复配薄型陶瓷导热介质；控制侧构建基于模糊逻辑的智能温控，融合观测与能耗约束完成泵风机分配。以定子外径 260 毫米、轴向长度 180 毫米、峰值功率 120 千瓦的永磁同步电机为对象，仿真结果表明，优化后最高温升由 120 摄氏度降至 95 摄氏度，功率密度由 4.5 千瓦每千克提升至 5.2 千瓦每千克，冷却系统平均功耗由 210 瓦降至 160 瓦。实车测试在城市与高速场景验证了仿真趋势的一致性，热点温度峰值与冷却能耗均显著降低，控制策略保持平稳，无异常振荡与超限，证明所提方法能在热安全与轻量化间实现可量化的均衡。

关键词：拓扑优化；共轭传热；高导热绝缘材料；模糊温控；驱动电机轻量化