一种叠层母排的优化设计方法与流程

本申请涉及叠层母排的
技术领域：
，特别涉及一种叠层母排的优化设计方法。
背景技术：
：叠层母排是当前新能源汽车用电机控制器内部的重要电力传输部件，也是主要发热件，多用于逆变器和电机三相电之间的交流电力连接，通常分为u、v、w三根铜排。在一些设计中，由于设计空间有限，并且考虑到装配便利性，通常将三根铜排重叠起来，并排排列在一起，两两之间用绝缘膜隔开，形成叠层母排。使用叠层母排的优势是结构紧凑，降低杂散电感，但随之也带来了由于铜排重叠而导致的散热较差，发热严重的问题。随着当前电机控制器功率的不断提升，叠层母排内部电流值不断增大，加上重叠的设计，使得三根铜排的散热面减少，由此导致的发热问题逐渐严峻起来。叠层母排的结构紧凑，当三根铜排重叠在一起放置时，交流电引起的趋肤效应、临近效应均会影响叠层母排的发热情况，进而对叠层母排的最高温度点产生影响。现有技术中，在叠层母排的设计时，通常会采用温升试验来测量叠层母排的最高温度点，但由于叠层母排之间的绝缘层存在失效温度，若叠层母排尺寸设计不合理，试验时温度过高导致绝缘失效，则会造成安全事故，可见，通过试验的方式来测量叠层母排的最高温度点，不仅成本较高，而且存在安全隐患，可靠性差。技术实现要素：本申请实施例提供一种叠层母排的优化设计方法，以解决相关技术中成本较高、可靠性差的技术问题。本申请提供了一种叠层母排的优化设计方法，包括步骤：s1：根据所有铜排的重叠区域的横截面构建叠层母排的二维仿真模型；s2：在所述二维仿真模型中增加空气域，并对所述空气域进行二维建模，得到目标仿真模型；s3：设定所述目标仿真模型的材料参数和环境参数，并进行二维仿真，得到所述目标仿真模型的温度分布图；s4：调整叠层母排的尺寸，更新所述二维仿真模型，重新进行二维仿真，得到不同尺寸的叠层母排对应的温度分布图，并进行对比，得到所述叠层母排的最优尺寸。一些实施例中，步骤s1的具体步骤包括：构建叠层母排的三维仿真模型；从所述三维仿真模型的所有铜排的重叠区域中选择一个横截面进行剖切，并对剖切后的横截面进行投影，得到叠层母排的二维仿真模型。一些实施例中，所述材料参数包括密度、热容、参考电阻率、电阻率温度系数、相对磁导率、相对介电系数、导热系数中的一种或多种。一些实施例中，所述环境参数包括电磁域、传热域、层流域、电磁热域、非等温流动域。一些实施例中，所述电磁域和电磁热域均赋予所有铜排，所述电磁域的边界条件包括交流电流峰值、电流频率、电流相位。一些实施例中，所述传热域赋予全部目标仿真模型。一些实施例中，所述层流域和非等温流动域均赋予所述空气域，所述层流域的边界条件包括环境温度。一些实施例中，在得到不同尺寸的叠层母排对应的温度分布图之后，还包括步骤：根据所述温度分布图得到不同尺寸的叠层母排对应的最高温度，选取最高温度最小的叠层母排的尺寸为所述叠层母排的最优尺寸。一些实施例中，步骤s4的具体步骤包括：保持铜排横截面的宽度不变，改变铜排横截面的长度，得到不同长度的叠层母排对应的温度分布图，根据所有的温度分布图得到不同长度的叠层母排的最高温度随时间变化的曲线图，选取最高温度最小的叠层母排的长度为所述叠层母排的最优长度；保持铜排横截面的长度不变，改变铜排横截面的宽度，得到不同宽度的叠层母排对应的温度分布图，根据所有的温度分布图得到不同宽度的叠层母排的最高温度随时间变化的曲线图，选取最高温度最小的叠层母排的宽度为所述叠层母排的最优宽度。一些实施例中，在所述目标仿真模型中，所述空气域的边界与所述叠层母排边缘的距离大致相等。本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：提供了一种叠层母排的优化设计方法，成本较低，速度较快，效率较高，可靠性较好。本申请实施例提供了一种叠层母排的优化设计方法，通过二维仿真的方式，仿真得到叠层母排的温度分布，可以找出散热最差的区域，得到温度最高的点，成本较低，速度较快，效率较高，可以快速为叠层母排的设计提供依据，可靠性较好。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种叠层母排的优化设计方法的流程图；图2为本申请实施例提供的目标仿真模型示意图；图3为本申请实施例提供的叠层母排的三维仿真模型示意图；图4为本申请实施例提供的所述空气域的边界与所述叠层母排边缘的距离的示意图；图5为本申请实施例提供的目标仿真模型的温度分布图；图6为本申请实施例提供的目标仿真模型的磁场分布图；图7为本申请实施例提供的不同长度的叠层母排的最高温度随时间变化的曲线图；图8为本申请实施例提供的不同宽度的叠层母排的最高温度随时间变化的曲线图。图中，101-第一绝缘层，102-第一铜排，103-第二绝缘层，104-第二铜排，105-第三绝缘层，106-第三铜排，107-第四绝缘层，a-横截面。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。参见图1所示，本申请实施例提供了一种叠层母排的优化设计方法，包括步骤：s1：根据所有铜排的重叠区域的横截面a构建叠层母排的二维仿真模型；s2：在所述二维仿真模型中增加空气域，并对所述空气域进行二维建模，得到目标仿真模型；s3：设定所述目标仿真模型的材料参数和环境参数，并进行二维仿真，得到所述目标仿真模型的温度分布图；s4：调整叠层母排的尺寸，更新所述二维仿真模型，重新进行二维仿真，得到不同尺寸的叠层母排对应的温度分布图，并进行对比，得到所述叠层母排的最优尺寸。在本申请实施例的叠层母排的优化设计方法中，通过二维仿真的方式，仿真得到叠层母排的温度分布，可以找出散热最差的区域，得到温度最高的点，成本较低，速度较快，效率较高，可以快速为叠层母排的设计提供依据，可靠性较好。更进一步地，在本申请实施例中，在得到不同尺寸的叠层母排对应的温度分布图之后，还包括步骤：根据所述温度分布图得到不同尺寸的叠层母排对应的最高温度，选取最高温度最小的叠层母排的尺寸为所述叠层母排的最优尺寸。参见图2所示的目标仿真模型，所述目标仿真模型包括叠层母排和空气域108，所述叠层母排包括三根铜排和四个绝缘层，相邻两根铜排通过一个绝缘层隔开，且所有铜排的最外侧均设有一个绝缘层，所述叠层母排从左到右依次包括第一绝缘层101、第一铜排102、第二绝缘层103、第二铜排104、第三绝缘层105、第三铜排106、第四绝缘层107。更进一步地，在本申请实施例中，上述步骤s1的具体步骤包括：构建叠层母排的三维仿真模型，所述叠层母排的三维仿真模型如图3所示；从所述三维仿真模型的所有铜排的重叠区域中选择一个横截面进行剖切，并对剖切后的横截面进行投影，得到叠层母排的二维仿真模型。在本申请实施例中，根据三维仿真模型得到二维仿真模型，对叠层母排进行二维转换后，对二维仿真模型进行模拟仿真，仿真效率更高，速度更快，可以快速地为叠层母排的参数设计提供参考依据。具体地，在本申请实施例中，所述材料参数包括密度、热容、参考电阻率、电阻率温度系数、相对磁导率、相对介电系数、导热系数中的一种或多种。在设定所述目标仿真模型的材料参数时，需要对目标仿真模型中的铜排、绝缘层及空气的材料参数分别进行设置。在本申请实施例中，铜排为t2紫铜，铜排的材料参数包括：铜排的密度、铜排的热容、铜排的参考电阻率、铜排的电阻率温度系数、铜排的相对磁导率、铜排的相对介电系数和铜排的导热系数；绝缘层为pet绝缘层，绝缘层的材料参数包括：绝缘层的密度、绝缘层的热容、绝缘层的相对磁导率、绝缘层的相对介电系数、绝缘层的导热系数；空气的材料参数包括：空气的密度、空气的热容、空气的相对磁导率、空气的相对介电系数、空气的导热系数，如下表所示：表1目标仿真模型的材料参数表t2紫铜pet绝缘层空气密度kg/m^389781440密度曲线热容j/(kg·k)382.613001006参考电阻率ω·m1.85e-8\\电阻率温度系数1/k0.0039\\相对磁导率1111相对介电系数1111导热系数w/(m·k)4000.180.018更进一步地，在本申请实施例中，所述环境参数包括电磁域、传热域、层流域、电磁热域、非等温流动域。具体地，在本申请实施例中，设定所述目标仿真模型的环境参数的步骤包括：所述电磁域赋予所有铜排，所述电磁域的边界条件包括交流电流峰值、电流频率、电流相位；所述电磁热域赋予所有铜排；所述传热域赋予全部目标仿真模型；所述层流域赋予所述空气域，所述层流域的边界条件包括环境温度；所述非等温流动域赋予所述空气域。本申请实施例中，在仿真过程中，对材料参数和环境参数设置更加全面，充分考虑到了交流电流因磁场导致的趋肤效应、邻近效应的影响，以及环境温度对叠层母排的影响，使得该仿真结果与实际情况更加相符，可以更加准确快速地找到叠层母排温度最高的点，准确性更好。更进一步地，在本申请实施例中，上述步骤s4的具体步骤包括：保持铜排横截面的宽度不变，改变铜排横截面的长度，得到不同长度的叠层母排对应的温度分布图，根据所有的温度分布图得到不同长度的叠层母排的最高温度随时间变化的曲线图，选取最高温度最小的叠层母排的长度为所述叠层母排的最优长度；保持铜排横截面的长度不变，改变铜排横截面的宽度，得到不同宽度的叠层母排对应的温度分布图，根据所有的温度分布图得到不同宽度的叠层母排的最高温度随时间变化的曲线图，选取最高温度最小的叠层母排的宽度为所述叠层母排的最优宽度。更进一步地，在本申请实施例中，在所述目标仿真模型中，所述空气域的边界与所述叠层母排边缘的距离大致相等。需要说明的是，在本申请实施例中，所述空气域的边界与所述叠层母排边缘的距离大致相等，可以理解为，所述空气域沿长度方向的边界与所述叠层母排边缘的绝缘层的距离为l1，所述空气域沿宽度方向的边界与所述叠层母排的铜排的边缘距离为l2，l1＝l2。参见图4所示，优选地，在本申请实施例中，所述空气域的边界与所述叠层母排边缘的距离为5mm。也就是说，所述空气域沿长度方向的边界与所述叠层母排边缘的绝缘层的距离为5mm，所述空气域沿宽度方向的边界与所述叠层母排的铜排的边缘距离为5mm。本申请实施例的步骤s1和s2中，基于catia构建叠层母排的三维仿真模型、二维仿真模型及目标仿真模型。在得到目标仿真模型，将所述目标仿真模型导入到comsolmultiphysics中，并设定所述目标仿真模型的材料参数和环境参数后，进行二维仿真，可以得到如图5所示的目标仿真模型的温度分布图，可见周围的空气因叠层母排温度升高而向上流动，流动轨迹符合实际，可以明显看出空气流动对叠层母排散热的影响；也可以得到如图6所示的目标仿真模型的磁场分布图，图中可见三相交流电流产生的叠加磁场，说明叠加磁场对叠层母排发热的影响已纳入计算结果；进而根据得到的目标仿真模型的温度分布图，可以得到所述叠层母排的最高温度。为了得到叠层母排的最优尺寸，需要调整叠层母排的尺寸后，更新二维仿真模型，进而重新进行二维仿真，得到不同尺寸的叠层母排对应的最高温度，这一仿真过程具体如下：保持铜排横截面的宽度4mm不变，依次改变铜排横截面的长度为12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm，得到不同长度的叠层母排的最高温度随时间变化的曲线图，如图7所示，可见，叠层母排的长度越大，最高温度越小；保持铜排横截面的长度为14mm，依次改变铜排横截面的宽度为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm，得到不同宽度的叠层母排的最高温度随时间变化的曲线图，如图8所示，可见，叠层母排的宽度越大，最高温度越小。本申请实施例中，综合图5的温度分布图、图6的磁场分布图、图7的不同长度的叠层母排的最高温度随时间变化的曲线图、图8的不同宽度的叠层母排的最高温度随时间变化的曲线图，进行比较分析，可以得到在符合电机控制器内部安装空间的前提下，最高温度低于绝缘层失效温度的叠层母排的最优尺寸。在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12