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由高分子材料制成的直冷式电动机

电机要闻
导读 使电动汽车更轻还包括减轻电机的重量。一种方法是用纤维增强聚合物材料构建它。Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT

使电动汽车更轻还包括减轻电机的重量。一种方法是用纤维增强聚合物材料构建它。Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT 的研究人员正在与 Karlsruhe Institute of Technology KIT 合作开发一种新的冷却概念,该概念将使聚合物能够用作电机外壳材料。这并不是新冷却概念的唯一优势:与最先进的技术相比,它还显着提高了电机的功率密度和效率。

电动传动系统的两个关键部件是电动机和电池。在使用电动马达实现环保移动时,三个问题发挥着特别重要的作用:高功率密度、紧密贴合电动汽车的紧凑配置以及高效率。作为 DEmiL 项目的一部分 - 一个德语缩写,代表带有集成轻质外壳的直接冷却电动机– 位于 Pfinztal 的 Fraunhofer ICT 的研究人员现在正与汽车系统技术研究所 (FAST) 和卡尔斯鲁厄理工学院 KIT 的电气工程研究所 (ETI) 合作,开发一种结合定子和转子直接冷却的新方法。“电动机由旋转转子和静态定子组成。定子包含电流流经的铜绕组——这是发生大部分电气损耗的地方。我们新概念的新颖之处在于定子,” Fraunhofer ICT 的研究员 Robert Maertens 说。

电动机具有超过 90% 的高效率,这意味着很大一部分电能转化为机械能。剩余的 10% 左右的电能以热量的形式流失. 为防止电机过热,定子中的热量目前通过金属外壳传导至装满冷水的冷却套。在这个项目中,研究人员团队用矩形扁线代替了圆线,可以更紧密地缠绕在定子中。这为扁平线绕组阶段旁边的冷却通道创造了更多空间。“在这种优化设计中,热量损失可以通过定子内部的冷却通道消散,无需将热量通过金属外壳传输到外部冷却套。事实上,您根本不再需要冷却套“这个概念。它还提供了其他好处,包括更低的热惯性和更高的电机连续输出,“Maertens 解释了新系统的一些优点。此外,

通过在靠近产生热量的地方散热,项目合作伙伴能够用聚合物材料建造整个电机和外壳,从而带来更多优势。“与铝制外壳相比,聚合物外壳重量轻且更易于生产。它们还适用于复杂的几何形状,无需后处理,因此我们在整体重量和成本方面取得了一些真正的节省,”Maertens 说。目前需要作为热导体的金属可以用聚合物材料代替,与金属相比,聚合物材料具有较低的导热性。

项目合作伙伴选择使用纤维增强的热固性塑料,这些塑料具有耐高温性和对腐蚀性冷却剂的高耐受性。与热塑性塑料不同,热固性塑料与化学品接触时不会膨胀。

适用于大批量生产

聚合物外壳采用自动注塑成型工艺生产。制造原型的周期时间目前为四分钟。定子本身在传递模塑工艺中用导热环氧树脂模塑料包覆成型。研究人员团队为电动机选择了一种设计和制造工艺,使其能够大规模生产。

该团队已经完成了定子组装并通过实验验证了冷却概念。“根据模拟,我们使用电流将实际运行中产生的热量引入铜绕组中。我们发现我们已经可以消散超过 80% 的预期热量损失。而且我们已经有了一些有希望的处理略低于 20% 的剩余热损失的方法,例如通过优化冷却剂的流量。我们现在处于组装转子的阶段,很快就能在研究所的测试台上运行电机电气工程并在实际操作中对其进行验证,”Maertens 总结了项目的当前状态时说。