Снижение тепла в электромоторах с помощью армированного волокном термореактивного корпуса и статора

Чтобы сделать электромобили легче, нужно также уменьшить вес двигателя. Один из способов сделать это - построить его из армированных волокном полимерных материалов. Исследователи из Института химической технологии Фраунгофера ICT работают вместе с Технологическим институтом Карлсруэ KIT над разработкой новой концепции охлаждения, которая позволит использовать полимеры в качестве материалов для корпусов двигателей. И это не единственное преимущество новой концепции охлаждения:она также значительно увеличивает удельную мощность и эффективность двигателя по сравнению с современными технологиями.

Двумя ключевыми компонентами электропривода являются электродвигатель и аккумулятор. И есть три вопроса, которые играют особенно важную роль, когда дело доходит до использования электродвигателя для экологически чистой мобильности:высокая удельная мощность, компактная конфигурация, которая плотно вписывается в электромобиль, и высокий уровень эффективности. В рамках проекта DEmiL - немецкая аббревиатура, обозначающая электродвигатель с прямым охлаждением и интегрированным легким корпусом - исследователи из Fraunhofer ICT в Пфинцтале в настоящее время работают с Институтом технологий автомобильных систем (FAST) и Институтом электротехники (ETI) Технологического института Карлсруэ. KIT для разработки нового подхода, включающего прямое охлаждение статора и ротора. «Электродвигатель состоит из вращающегося ротора и статического статора. Статор содержит медные обмотки, через которые проходит электричество, и именно здесь происходит большинство электрических потерь. Новые аспекты нашей новой концепции заключаются в статоре », - говорит Роберт Мартенс, исследователь Fraunhofer ICT.

Прямоугольный плоский провод заменяет круглый провод

Электродвигатели имеют высокий КПД, превышающий 90 процентов, что означает, что большая часть электрической энергии преобразуется в механическую. Оставшиеся около 10 процентов электроэнергии теряются в виде тепла. Чтобы предотвратить перегрев двигателя, тепло в статоре в настоящее время передается через металлический корпус к охлаждающей втулке, заполненной холодной водой. В этом проекте группа исследователей заменила круглый провод на прямоугольный плоский провод, который можно более плотно намотать в статоре. Это создает больше места для охлаждающего канала рядом с фазами намотки плоского провода. «В этой оптимизированной конструкции тепловые потери могут рассеиваться через охлаждающий канал внутри статора, устраняя необходимость передачи тепла через металлический корпус к внешней охлаждающей втулке. Фактически, в этой концепции вам больше не нужен охлаждающий рукав. Он также предлагает другие преимущества, в том числе меньшую тепловую инерцию и более высокую длительную мощность двигателя », - говорит Мартенс, объясняя некоторые преимущества новой системы. Кроме того, новая конструкция включает систему охлаждения ротора, которая также позволяет рассеивать тепловые потери ротора непосредственно внутри двигателя.

Отводя тепло близко к месту его генерации, партнеры по проекту смогли полностью сконструировать двигатель и корпус из полимерных материалов, что дало дополнительные преимущества. «Полимерные кожухи легкие и их легче производить, чем алюминиевые. Они также позволяют создавать сложные геометрические формы, не требуя постобработки, поэтому мы реально сэкономили на общем весе и стоимости », - говорит Мартенс. Металл, который в настоящее время требуется в качестве теплопроводника, можно заменить полимерными материалами, которые имеют более низкую теплопроводность по сравнению с металлами.

Партнеры по проекту решили использовать армированные волокном термореактивные пластмассы своего партнера по проекту Sumitomo Bakelite (SBHPP), которые обладают высокой термостойкостью и высокой стойкостью к агрессивным хладагентам. В отличие от термопластов, термореактивные пластмассы не разбухают при контакте с химическими веществами.

Подходит для крупносерийного производства

Полимерный корпус изготавливается в автоматическом процессе литья под давлением с использованием фенольного компаунда Vyncolit X7700. Время цикла изготовления прототипов в настоящее время составляет четыре минуты. Сами статоры покрыты формовочной массой на основе теплопроводящей эпоксидной смолы (Sumikon EME-A730E) в процессе литья под давлением. Команда исследователей выбрала процесс разработки и производства электродвигателя, который позволит производить его серийно.

Команда уже завершила сборку статора и экспериментально подтвердила концепцию охлаждения. «Мы использовали электрический ток, чтобы ввести количество тепла в медных обмотках, которое будет генерироваться при реальной работе в соответствии с моделированием. Мы обнаружили, что уже можем рассеять более 80 процентов ожидаемых тепловых потерь. И у нас уже есть некоторые многообещающие подходы для решения проблемы оставшихся тепловых потерь, составляющих чуть менее 20 процентов, например, путем оптимизации потока охлаждающей жидкости. Сейчас мы находимся на стадии сборки роторов и скоро сможем эксплуатировать двигатель на испытательном стенде в Институте «Электротехника» и проверить ее в реальных условиях », - говорит Мартенс, подводя итоги текущего статуса проекта.

Это сообщение любезно предоставлено CompositesWorld и Журнал Springer lightweight.design медиа-партнерство. Дополнительные сведения о Springer и lightweight.design см. На странице https://www.springerprofessional.de/en/link/12141380