Электродвигатель с непосредственным охлаждением из полимерных материалов

Электродвигатель с непосредственным охлаждением из полимерных материалов

Облегчение электромобилей также предполагает снижение веса двигателя. Один из способов сделать это. создать его из армированных волокном полимерных материалов. Исследователи из Института химической технологии Фраунгофера совместно с KIT из Карлсруэского технологического института разрабатывают новую концепцию охлаждения, которая позволит использовать полимеры в качестве материалов корпуса двигателя. И это не единственное преимущество новой концепции охлаждения: она также значительно увеличивает удельную мощность и КПД двигателя по сравнению с современным уровнем техники.

Двумя ключевыми компонентами электропривода являются электродвигатель и аккумулятор. И есть три проблемы, которые играют особенно важную роль, когда речь идет об использовании электродвигателя для экологически чистой мобильности: высокая плотность мощности, компактная конфигурация, которая плотно прилегает к электрическому транспортному средству, и высокий уровень эффективности. В рамках проекта DEmiL. немецкого сокращения, обозначающего электродвигатель с непосредственным охлаждением и встроенным облегченным корпусом. исследователи Fraunhofer ICT в Пфинцтале в настоящее время работают с Институтом технологии автомобильных систем (FAST) и Институтом электротехники (ETI). ) в Карлсруэском технологическом институте 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 большая часть электрических потерь. Новые аспекты нашей новой концепции лежат в статоре». говорит Роберт Мартенс, исследователь из Fraunhofer ICT.

6 полезных вещей от мотора постоянного тока. DIY Electronic Hobby

Прямоугольный плоский провод заменяет круглый провод

Конструкция электродвигателя с непосредственным охлаждением. Кредит: Fraunhofer-Gesellschaft

Электродвигатели имеют высокую эффективность более 90 процентов, а это означает, что большая часть электрической энергии преобразуется в механическую энергию. Остальные 10 процентов электрической энергии теряются в виде тепла. Чтобы предотвратить перегрев двигателя, тепло в статоре в настоящее время передается через металлический корпус в охлаждающую втулку, заполненную холодной водой. В этом проекте команда исследователей заменила круглый провод на прямоугольный плоский провод, который может быть более плотно намотан в статоре. Это создает больше места для канала охлаждения рядом с фазами обмотки плоского провода. «В этой оптимизированной конструкции тепловые потери могут рассеиваться через канал охлаждения внутри статора, что исключает необходимость переноса тепла через металлический корпус к наружной охлаждающей втулке. Фактически, вам больше не нужна охлаждающая втулка вообще эта концепция. Она также предлагает другие преимущества, в том числе более низкую тепловую инерцию и более высокую непрерывную мощность двигателя ». говорит Мартенс, объясняя некоторые преимущества новой системы. Кроме того, новая конструкция включает в себя решение для охлаждения ротора, которое также позволяет рассеивать тепловые потери ротора непосредственно в двигателе.

Благодаря рассеиванию тепла вблизи места его генерации партнеры по проекту смогли изготовить весь двигатель и корпус из полимерных материалов, что дало дополнительные преимущества. «Полимерные корпуса легче и проще в изготовлении, чем алюминиевые. Они также поддаются сложной геометрии, не требуя последующей обработки, поэтому мы реально сэкономили на общем весе и стоимости». говорит Мартенс. Металл, требуемый в настоящее время в качестве теплопроводника, может быть заменен полимерными материалами, которые имеют низкую теплопроводность по сравнению с металлами.

Как сделать электромотор дома

Партнеры проекта решили использовать армированные волокном термореактивные пластики, которые обладают высокой термостойкостью и высокой устойчивостью к агрессивным охлаждающим жидкостям. В отличие от термопластов, термореактивные материалы не набухают при контакте с химическими веществами.

Электродвигатель с непосредственным охлаждением из полимерных материалов

Полимерный корпус изготавливается в автоматическом процессе литья под давлением. Время цикла изготовления прототипов в настоящее время составляет четыре минуты. Сами статоры отливают с помощью теплопроводящей эпоксидной смолы в процессе формования. Команда исследователей выбрала конструкцию и производственный процесс для электродвигателя, который позволит производить его серийно.

Команда уже завершила сборку статора и экспериментально проверила концепцию охлаждения. «Мы использовали электрический ток, чтобы ввести количество тепла в медных обмотках, которое будет генерироваться в реальной работе в соответствии с моделированием. Мы обнаружили, что уже можем рассеивать более 80 процентов ожидаемых тепловых потерь. И у нас уже есть некоторые многообещающие подходы к решению проблемы остающихся тепловых потерь чуть менее 20 процентов, например, путем оптимизации потока охлаждающей жидкости. Сейчас мы находимся на этапе сборки роторов и вскоре сможем эксплуатировать двигатель на испытательном стенде в Институте Электротехника и проверить ее в реальной эксплуатации «, говорит Мартенс, подводя итоги текущего состояния проекта.

Предоставлено: Fraunhofer-Gesellschaft