Uspoređeni materijali kućišta motora New Energy: aluminij, lijevano željezo i kompozit u stvarnim radnim uvjetima

Zašto izbor materijala kućišta izravno utječe na performanse motora

Kućište nije samo strukturalno. On čini dio toplinskog puta koji odvodi toplinu od namota statora i izravno utječe na to koliko neopružene ili rotirajuće mase nosi pogonski sklop. Kućište koje slabo provodi toplinu tjera upravljački sustav motora da prije smanji izlaznu snagu tijekom dugotrajnog ubrzanja ili uspona, zbog čega je toplinska vodljivost pri vrhu kriterija za odabir materijala.

Otpornost na vibracije jednako je važna. Novi energetski motori često se vrte na 10 000 do 20 000 okretaja u minuti ili više, a svaka rezonancija kućišta na tim frekvencijama može ubrzati trošenje ležaja ili olabaviti unutarnje pričvršćivače tijekom vremena.

Usporedba kućišta od aluminijske legure, lijevanog željeza i kompozitnih materijala

Ravnoteža aluminija objašnjava zašto se pojavljuje u većini električnih pogona na masovnom tržištu, dok se lijevano željezo uglavnom zadržava u primjenama teških ili industrijskih motora gdje je težina manje kritična od sirove izdržljivosti.

Tablica izravne usporedbe ključnih čimbenika izvedbe

Dizajn kanala za hlađenje unutar zida kućišta

Osim materijala, unutarnja geometrija hlađenja ima veliki učinak na održivu snagu motora. Dva uobičajena pristupa su spiralni kanali za hlađenje izliveni izravno u stijenku kućišta i odvojeni rashladni plašti pričvršćeni vijcima ili pričvršćeni na vanjsku stranu.

• Integrirano Spiralni kanali izliveni u stijenku aluminijskog kućišta smanjuju toplinski otpor između rashladne tekućine i statora, budući da nema dodatnog spoja ili međusloja koji bi se križao.
• Jakna s vijcima Lakši za proizvodnju i popravak neovisno o kućištu, ali mehanički spoj uvodi mali razmak od toplinskog otpora koji integrirani dizajni izbjegavaju.
• Hibrid Neka kućišta kombiniraju lijevane unutarnje kanale u blizini statora s vanjskim plaštom za dodatnu površinu, koja se koristi u motorima za koje se očekuje da održavaju visoki kontinuirani okretni moment.

Pokazalo se da motori koji koriste integrirane spiralne kanale za hlađenje u laboratorijskim ispitivanjima održavaju veću kontinuiranu izlaznu snagu prije termičkog smanjenja u usporedbi s motorima koji se oslanjaju isključivo na vanjsko hlađenje plašta, osobito tijekom ponovljenih ciklusa visokog opterećenja tipičnih za gradsku vožnju stani i kreni.

Zahtjevi za brtvljenje i IP ocjenu

Kućišta novih energetskih motora obično moraju zadovoljiti IP67 ili višu ocjenu zaštite od prodora, budući da je motor često postavljen nisko u vozilu i izložen prskanju s ceste, prašini i povremenom potapanju tijekom poplava. Postizanje toga zahtijeva precizne tolerancije strojne obrade na liniji razdvajanja kućišta i krajnjih poklopaca, zajedno s izborom brtvila ili brtvila koja mogu preživjeti i termičke cikluse i dugotrajnu kemijsku izloženost rashladnoj tekućini i soli za ceste.

Tehnike smanjenja težine bez žrtvovanja snage

Proizvođači koriste nekoliko metoda za smanjenje mase kućišta, a da pritom zadrže strukturni integritet unutar sigurnosnih granica.

1. Softver za optimizaciju topologije identificira područja s niskim stresom na stijenci kućišta gdje se materijal može stanjiti ili u potpunosti ukloniti.
2. Rebrasti uzorci na vanjskoj površini dodaju krutost u zonama visokog naprezanja bez dodavanja jednake debljine stijenke preko cijelog kućišta.
3. Tehnike lijevanja pod pritiskom omogućuju aluminijskim kućištima postizanje debljine stijenke ispod 3 milimetra u nenosivim dijelovima.
4. Selektivna uporaba kompozitnih završnih poklopaca u područjima udaljenim od primarnih toplinskih i strukturalnih opterećenja smanjuje dodatnu težinu cjelokupnog sklopa.

Redizajn kućišta pomoću optimizacije topologije u kombinaciji s tankostjejnim lijevanjem može smanjiti ukupnu težinu kućišta za 15 do 25 posto u usporedbi s konvencionalnim dizajnom ujednačene debljine, bez smanjenja nazivnog momenta ili toplinskog kapaciteta kućišta.

Ustupci proizvodnog procesa: lijevanje pod pritiskom vs. kovanje vs. strojna obrada

Većina masovne proizvodnje električnih vozila oslanja se na lijevanje pod pritiskom za glavno tijelo kućišta, zadržavajući kovanje ili strojnu obradu za manje strukturne umetke ili faze validacije prototipa gdje se još očekuju promjene dizajna.