随着高速铁路技术的迅猛发展及高性能永磁材料的出现,永磁电机在轨道交通和高速动车组领域的研究与应用日益广泛。永磁电机拥有体积小、噪声低、效率高、节能明显等传统励磁电机无可比拟的优点,其满足国家要求铁路向着绿色、低碳方向发展的目标,是下一代列车牵引系统——永磁牵引系统的核心部件。然而由于牵引用永磁电机体积小、功率密度高且采用全封闭的结构,导致电机温升大,永磁体会因高温而发生永久退磁。因此,为永磁电机设计一套高效可靠的冷却系统显得尤为重要。论文以一台35 kW的永磁电机为例,基于麦克斯韦电磁场理论借助Maxwell对其进行仿真,得出了铜耗、铁耗和机械损耗。基于流体力学和传热学理论借助Fluent对其温度场进行了仿真并得到相关结论。通过对比常见的冷却方案和结构确定了机壳冷却方案,在分析冷却机壳结构形式、水道数量、入水口流量、机壳内壁厚度和材料等因素对冷却性能的影响后设计了一套高效的永磁电机冷却系统。论文研究中得到了以下结论:(1)铁芯的磁通密度分布具有周期性规律,可选取几个点来代表整体情况,通过增加代表点的划分区域以及对波形进行处理提高其正弦度均可提高铁耗计算准确性。(2)在对磁滞损耗和涡流损耗计算中采用FFT分解法>径、切向分解法>忽略谐波直接法所计算的结果,将磁通密度按照径、切向分解和FFT分解均能提高铁芯损耗的计算准确度且后者更好,磁滞损耗在铁损中占比大于涡流损耗。(3)铜耗占据总损耗的1/5左右,与机械损耗相当,铁耗占据着总损耗的一半以上,为导致电机温升的主要损耗,永磁体涡流损耗只占铁芯涡流损耗的1/20。(4)研究对象在温度为25℃的环境中自然冷却时温度最高达到116.8℃,最低温度为71.0℃,高温区主要集中在定子和机壳处,永磁体温度超过抗退磁温度80℃,绝缘层温度超过绝缘等级A规定的温度,接近E的温度,均需要冷却系统对其散热。(5)论文设计了一种水冷结构,研究结果显示:水道数量增加,流速升高,电机温升下降,散热性能增强;冷却水入口流量增加,流速升高,电机温升下降,且在流量小于10 L/min时流量增加电机温度下降较快,在流量大于10 L/min时流量增加电机温度下降较慢,最佳入口流量为10 L/min;机壳内壁厚度增加,电机温升增大,散热性能减弱,但不明显;材料导热系数越大散热性能越好,但要考虑材料成本使用性价比。