Uudet energiamoottorin kotelomateriaalit verrattuna: alumiini, valurauta ja komposiitti todellisissa käyttöolosuhteissa

Miksi kotelomateriaalin valinta vaikuttaa suoraan moottorin suorituskykyyn

Kotelo ei ole vain rakenteellinen. Se on osa lämpöpolkua, joka vetää lämpöä pois staattorin käämeistä ja vaikuttaa suoraan siihen, kuinka paljon jousittamatonta tai pyörivää massaa voimansiirto kantaa. Huonosti lämpöä johtava kotelo pakottaa moottorin ohjausjärjestelmän heikentämään tehoa nopeammin jatkuvan kiihtyvyyden tai mäkikiipeilyn aikana, minkä vuoksi lämmönjohtavuus on lähellä materiaalivalintakriteerien kärkeä.

Tärinänkestävyys on yhtä tärkeä. Uudet energiamoottorit pyörivät usein 10 000–20 000 kierrosta minuutissa tai enemmän, ja kaikki kotelon resonanssi näillä taajuuksilla voi kiihdyttää laakerien kulumista tai löysää sisäisiä kiinnikkeitä ajan myötä.

Alumiiniseos-, valurauta- ja komposiittikotelot verrattuna

Alumiinin tasapaino selittää, miksi sitä esiintyy useimmissa massamarkkinoiden sähkövoimansiirroissa, kun taas valurauta säilyy pääasiassa raskaissa tai teollisuusmoottoreissa, joissa paino on vähemmän kriittinen kuin raakakestävyys.

Suora vertailutaulukko keskeisten tehokkuustekijöiden kesken

Jäähdytyskanavan suunnittelu kotelon seinän sisällä

Materiaalin lisäksi sisäisellä jäähdytysgeometrialla on suuri vaikutus jatkuvaan moottorin tehoon. Kaksi yleistä lähestymistapaa ovat spiraaliset jäähdytyskanavat, jotka on valettu suoraan kotelon seinään, ja erilliset jäähdytysvaipat, jotka on pultattu tai liimattu ulkopinnalle.

• Integroitu Alumiinikotelon seinämään valetut spiraalikanavat vähentävät jäähdytysnesteen ja staattorin välistä lämpövastusta, koska ylimääräistä liitosta tai rajapintakerrosta ei tarvitse ylittää.
• Pultattu takki Helpompi valmistaa ja korjata kotelosta riippumatta, mutta mekaaninen liitos aiheuttaa pienen lämpövastusraon, jota integroidut mallit välttävät.
• Hybridi Joissakin koteloissa on staattorin lähellä valetut sisäiset kanavat ja ulkoinen vaippa pinta-alan lisäämiseksi, joita käytetään moottoreissa, joiden odotetaan kestävän korkeaa jatkuvaa vääntömomenttia.

Integroituja kierrejäähdytyskanavia käyttävien moottorien on osoitettu penkkitesteissä ylläpitävän korkeampaa jatkuvaa tehoa ennen lämpöhäviötä verrattuna moottoreihin, jotka luottavat yksinomaan ulkoiseen vaipan jäähdytykseen, erityisesti toistuvien korkean kuormituksen jaksojen aikana, jotka ovat tyypillisiä stop-and-go-kaupunkiajolle.

Tiivistys- ja IP-luokitusvaatimukset

Uusien energiamoottorien koteloiden on yleensä täytettävä IP67 tai korkeampi tunkeutumissuojausluokka, koska moottori asennetaan usein matalalle ajoneuvoon ja altistuu tieroiskeelle, pölylle ja satunnaiselle upotukselle tulvimisen aikana. Tämän saavuttaminen edellyttää tarkkoja työstötoleransseja kotelon jakolinjassa ja päätykansissa sekä tiivisteiden tai tiivisteaineiden valintaa, jotka kestävät sekä lämpökiertoa että pitkäaikaista kemiallista altistumista jäähdytysnesteelle ja tiesuoloille.

Painonpudotustekniikat voimasta tinkimättä

Valmistajat käyttävät useita menetelmiä vähentääkseen kotelon massaa pitäen samalla rakenteellisen eheyden turvarajojen sisällä.

1. Topologian optimointiohjelmisto tunnistaa kotelon seinän vähärasitusalueet, joissa materiaalia voidaan ohentaa tai poistaa kokonaan.
2. Ulkopinnan uurteet lisäävät jäykkyyttä korkean jännityksen alueilla lisäämättä tasaista seinämän paksuutta koko kotelon yli.
3. Ohutseinämäisten painevalutekniikoiden ansiosta alumiinikoteloiden seinämäpaksuus on alle 3 millimetriä ei-kantavissa osissa.
4. Komposiittipäätykansien valikoiva käyttö alueilla, jotka ovat kaukana ensisijaisesta lämpö- ja rakenteellisesta kuormituksesta, vähentää koko kokoonpanon painoa.

Kotelon uudelleensuunnittelu käyttäen topologian optimointia yhdistettynä ohutseinämäiseen valuun voi vähentää kotelon kokonaispainoa 15–25 prosenttia verrattuna perinteiseen tasapaksuiseen malliin ilman, että kotelon nimellisvääntömomentti tai lämpökapasiteetti vähenee.

Valmistusprosessin kompromissit: painevalu vs. taonta vs. koneistus

Suurin osa sähköajoneuvojen volyymituotannosta perustuu kotelon rungon painevaluon, jolloin taonta tai koneistus varataan pienempiä rakenneosia tai prototyyppien validointivaiheita varten, joissa suunnittelumuutoksia on vielä odotettavissa.