Пластмасовите двигатели за електронни автомобили са по-малко тежки
Мотор с пластмасов корпус, лек и подходящ за масово производство: върху това работят изследователите в момента. Относно проекта „Електрически мотор с директно охлаждане с вграден олекотен корпус”, с който електрическите автомобили могат да отслабнат значително на тегло.
Ако електронните автомобили трябва да станат по-леки, двигателят също трябва да отслабне - това може да се направи, като се направи например от армирана с влакна пластмаса. Особено в случая на корпуса, по-лекият материал би могъл да замести по-тежкия метал и по този начин да намали теглото на електрическите превозни средства. Проблемът: За разлика от стоманата, например, пластмасата почти не отвежда топлината. Двигателят може да прегрее бързо.
В момента Институтът за химически технологии Фраунхофер и Технологичният институт Карлсруе представят решение за това - за нов тип охладителна система за електрически двигатели. Това също трябва да направи задвижването значително по-добро от състоянието на техниката по отношение на плътността на мощността и ефективността.
Проектът за сътрудничество се нарича „Demil“, съкратено от „Директно охлаждан електрически двигател с вграден лек корпус“, в който изследователите разработват концепция, която директно охлажда статора и ротора. Електродвигателят се състои от въртящ се ротор и неподвижен статор. В статора има навити медни проводници, през които протича ток. Повечето от електрическите загуби възникват тук. „Истинската иновация на нашата концепция се крие в статора“, казва Робърт Маертенс, учен от Fraunhofer ICT.
Плоският проводник замества кръглия проводник: Ето как работи концепцията
Електродвигателите имат висока степен на ефективност от над 90 процента. Това означава, че голяма част от електрическата мощност се преобразува в механична. Останалите десет процента от електрическата мощност се губят под формата на топлина. За да не прегрее мотора, топлината в статора досега се разсейва през метален корпус към охладителна риза със студена вода. В „Demil“ изследователите заменят кръглата жица с правоъгълна плоска жица, която може да се навие по-близо до статора.
Това би създало повече пространство за прилежащия охлаждащ канал до плоските проводници. „Благодарение на тази оптимизация, топлинните загуби могат да се разсейват през вътрешния охладителен канал и вече не трябва да се транспортират през металния корпус навън към охладителна риза“, обяснява Маертенс. Охлаждащата риза вече не се изисква в тази концепция. Освен това топлинната инерция е по-ниска и двигателят също така постига по-висока непрекъсната мощност. И: Чрез охлаждане на ротора, топлинните му загуби също могат да се разсеят в двигателя.
Лека конструкция: подсилени с влакна, термореактивни пластмаси в електродвигателя
За леката конструкция това означава: Тъй като топлината се разсейва там, където се генерира, целият двигател, включително корпуса, може да бъде изграден от пластмаса. Това го прави по-лек и лесен за производство от алуминиевия корпус. Възможни са дори сложни геометрии без последваща обработка - спестяват се разходи и тегло. По-рано необходимият метал, който служи като топлопроводник, може да бъде заменен с пластмаса - лош топлопроводник.
Според собствените им изявления изследователите разчитат на подсилени с влакна термореактивни пластмаси, които се характеризират с висока температурна устойчивост и висока устойчивост на агресивни охлаждащи течности. За разлика от термопластиката, те не се подуват при контакт с химикали.
Лек електрически мотор: подходящ за масово производство
Според изследователите пластмасовият корпус ще бъде произведен чрез автоматизиран процес на шприцоване; прототипите ще бъдат произведени за цикъл от четири минути. Самите статори са капсулирани с топлопроводима формуваща смес от епоксидна смола, използвайки процеса на трансферно формоване. Според собствените им изявления изследователският екип е проектирал електрическия мотор по отношение на неговия дизайн и производствени процеси, така че да може да се произвежда масово.
Къде е проектът? Структурата на статора е завършена и концепцията за охлаждане е валидирана експериментално. „Използвахме електричество, за да въведем количеството топлина в медните намотки, което ще възникне при реална работа според симулацията. Успяхме да покажем, че вече сме в състояние да охладим повече от 80 процента от очакваната загуба на мощност “, казва Маертенс. Вече има подходи за останалите почти 20 процента, например чрез оптимизиране на потока на охлаждащата вода. Понастоящем изследователите сглобяват роторите, така че скоро да могат да управляват двигателя на изпитвателния стенд в електротехническия институт и да го валидират в реална работа.