Распечатать

Электропривод

Электродвигатель прямого охлаждения из полимеров

13.02.2019

Источник: Fraunhofer IFAM

Создание более легкого электромобиля предполагает снижение веса двигателя. Один из возможных вариантов - использование армированных полимерных материалов. Исследователи из «Института химической технологии» Fraunhofer ICT совместно с Технологическим институтом Карлсруэ (KIT) работают над новой концепцией охлаждения, позволяющей использовать полимеры для создания корпуса двигателя. И это не единственное преимущество новой концепции: она также значительно увеличивает плотность мощности и КПД двигателя по сравнению с существующими моделями.

Электродвигатель в разрезе. Сердечник мотора - статор состоит из 12 индивидуальных зубцов, обмотанных плоским проводом. Изображение © Fraunhofer ICTЭлектродвигатель в разрезе. Сердечник мотора - статор состоит из 12 индивидуальных зубцов, обмотанных плоским проводом

Двумя ключевыми компонентами электрической трансмиссии являются электродвигатель и аккумулятор. И три вопроса, который играют особенно важную роль, когда речь идет об использовании электродвигателя для экологически чистой мобильности: высокая плотность мощности, компактная конфигурация, которая вписывается в электрическое транспортное средство и высокий уровень эффективности.

Контур охлаждения в статоре. Изображение © Fraunhofer ICTКонтур охлаждения в статоре

В рамках проекта DEmiL – это немецкая аббревиатура расшифровывается как «электродвигатель прямого охлаждения с интегрированным легким корпусом» – исследователи из Fraunhofer ICT в Пфинцтале совместно с коллегами из FAST, ETI и Технологического института Карлсруэ, разрабатывают новый подход, основывающийся на прямом охлаждение статора и ротора.

“Электродвигатель состоит из вращающегося ротора и статического статора. Статор содержит медную обмотку, через которую проходит электричество – и здесь происходит большинство электрических потерь. - говорит Роберт Маертенс (Robert Maertens), исследователь из Fraunhofer ICT. - Элемент новизны нашей концепции лежит в статоре".

Прямоугольная плоская проволока заменяет круглый провод

КПД электродвигателей более 90 % - это означает, что большая часть электрической энергии преобразуется в механическую. Оставшиеся 10 % электрической энергии теряются в виде тепла. Чтобы предотвратить перегрев двигателя, тепло статора в настоящее время проводится через металлический корпус к охлаждающей полой оболочке, заполненной холодной водой.

В новом проекте круглый провод заменили прямоугольным плоским проводом, который более плотно наматывается в статоре. Это дает больше пространства для охлаждающего канала рядом с участками намотки плоской проволоки.

“В этой оптимизированной конструкции тепловые потери могут быть рассеяны через охлаждающий канал внутри статора, что исключает необходимость передачи тепла через металлический корпус к внешней охлаждающей оболочке, - объясняет преимущества новой системы Роберт Маертенс. - На самом деле, вам больше не потребуется охлаждающая оболочка в этой концепции. Новый проект предлагает и другие преимущества, в том числе более низкую тепловую инерцию и более высокую длительно отдаваемую мощность двигателя".

Вдобавок, новая конструкция включает в себя решение по охлаждению ротора, которое также позволяет рассеивать тепло ротора внутри двигателя.

Рассеивание тепла близко к месту его образования, позволило участникам проекта сконструировать весь двигатель и корпус из полимерных материалов, что дало дополнительные преимущества.

“Полимерные корпуса легче и проще в производстве, чем алюминиевые. Они также могут иметь сложную геометрию без дополнительной обработки, поэтому мы реально сэкономили на общем весе и стоимости”,- отметил Маертенс.

Металл, используемый сейчас в качестве теплопроводника, может быть заменен полимерными материалами, имеющими низкую теплопроводность по сравнению с металлами.

Партнеры проекта решили использовать армированные термореактивные пластмассы своего партнера по проекту SBHPP, обеспечивающие высокую термостойкость и устойчивость к агрессивным теплоносителям. В отличие от термопластов, термоактивные материалы не набухают при контакте с химическими веществами.

Графики зависимости мощности и момента с КПД.  Изображение © Fraunhofer ICT
Графики зависимости мощности и момента с КПД

Характеристики нового двигателя:

Длительная мощность: ̴ 50 кВт, максимальная частота вращения: 17.000 об/мин.

Готовы для серийного производства

Полимерный корпус производится с помощью литья под давлением с использованием фенольной формовочной смеси Vyncolit X7700. Время цикла изготовления прототипов в настоящее время составляет четыре минуты. Статоры сами отформованы из термопроводящей эпоксидной смолы (Sumikon EME-A730E).

Команда исследователей выбрала конструкцию и производственный процесс, который позволит производить новые электродвигатели серийно.

Уже выполнена сборка статора и экспериментально подтверждена концепция охлаждения. "Мы использовали электрический ток, чтобы нагреть медные обмотки так, будет происходить в реальных условиях в соответствии с моделированием. И обнаружили, что уже сейчас способны рассеять более 80 процентов ожидаемых тепловых потерь. У нас уже есть несколько перспективных подходов для борьбы с оставшимися 20 процентами, например, за счет оптимизации потока теплоносителя. Мы находимся на стадии сборки роторов и в ближайшее время сможем протестировать двигатель на испытательном стенде в Институте электротехники ETI и доказать его пригодность к реальной эксплуатации”, - подвел промежуточные итоги работы Роберт Маертенс.

Электропривод 02.10.2019 Золотую медаль за инновационную трансмиссию eAutoPowr и интеллектуальную систему e8WD получила компания John Deere от Сельскохозяйственного общества Германии (DLG). Еще за 39 продуктов и решений были отмечены серебряными наградами.
Электропривод 30.09.2019 Компания Sumitomo Heavy Industries достигла соглашения о приобретении производителя частотно-регулируемых приводов Invertek Drives. Как сообщается в релизе, это очередной шаг стратегии по развитию бизнеса, как с точки зрения увеличения портфеля, так и расширения охвата мирового рынка.
Электропривод 30.09.2019 Компания Schaeffler выходит на рынок двигателей для электромобилей с модульной технологической платформой высокой степени интеграции. Ряд применений варьируется от гибридных модулей и специализированных гибридных трансмиссий (DHT) до электрических двигателей для электрических мостов.
Электропривод 10.09.2019 Компания ABB выиграла заказы на сумму более 140 миллионов долларов от швейцарского производителя поездов Stadler на поставку современного тягового оборудования для поездов и локомотивов в США и нескольких европейских странах.
Электропривод 02.09.2019 Преобразователь частоты компании Danfoss получил возможность мониторинга и прогнозирование технического состояния систем с частотным регулированием. VLT AutomationDrive FC 302 позволяет заблаговременно обнаруживать неполадки в приводной системе.
Автоматизация 29.08.2019 Министр промышленности и торговли Российской Федерации Денис Мантуров направил приветствие в адрес участников, гостей и организаторов международной политехнической выставки «Технофорум-2019».
Электропривод 27.08.2019 Cуществует несколько эффективных технологичных мероприятий, позволяющих ускорить процесс внедрения высокоэнергоэффективных двигателей. Одно из них заключается в заливке ротора медным сплавом, обладающим высокой электрической проводимостью, и, следовательно, снижающим потери в обмотке ротора.