繊維強化熱硬化性ハウジングとステーターによるEVモーターの熱の低減

電気自動車を軽量化するには、モーターの重量を減らすことも必要です。そのための1つの方法は、繊維強化ポリマー材料から構築することです。 Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICTの研究者は、カールスルーエ工科大学KITと協力して、ポリマーをモーターハウジング材料として使用できるようにする新しい冷却コンセプトを開発しています。そして、それが新しい冷却コンセプトの唯一の利点ではありません。それはまた、最先端技術と比較して、モーターの電力密度と効率を大幅に向上させます。

電気駆動列の2つの重要なコンポーネントは、電気モーターとバッテリーです。そして、環境にやさしいモビリティのために電気モーターを使用する際に特に重要な役割を果たす3つの問題があります。それは、高出力密度、電気自動車にぴったりと収まるコンパクトな構成、および高レベルの効率です。 DEmiLプロジェクトの一環として –軽量ハウジングが統合された直接冷却電気モーターを表すドイツ語の略語–プフィンツタールのFraunhofer ICTの研究者は、現在、カールスルーエ工科大学の車両システム技術研究所（FAST）および電気工学研究所（ETI）と協力しています。ステーターとローターの直接冷却を組み込んだ新しいアプローチを開発するためのキット。 「電気モーターは、回転ローターと静的ステーターで構成されています。固定子には、電気が流れる銅巻線が含まれています。これにより、電気損失の大部分が発生します。私たちの新しいコンセプトの斬新な側面は固定子にあります」とFraunhoferICTの研究者であるRobertMaertensは言います。

長方形の平らなワイヤーが丸いワイヤーに取って代わります

電気モーターの効率は90％を超えています。つまり、電気エネルギーの大部分が機械エネルギーに変換されます。電気エネルギーの残りの約10パーセントは熱の形で失われます。モーターの過熱を防ぐために、現在、ステーターの熱は金属製のハウジングを介して冷水で満たされた冷却スリーブに伝導されています。このプロジェクトでは、研究者のチームが丸いワイヤーを、固定子によりしっかりと巻くことができる長方形の平らなワイヤーに置き換えました。これにより、フラットワイヤ巻線フェーズの隣に冷却チャネル用のスペースが増えます。 「この最適化された設計では、熱損失をステータ内部の冷却チャネルから放散できるため、金属製のハウジングを介して外部の冷却スリーブに熱を輸送する必要がなくなります。実際、このコンセプトでは、冷却スリーブはまったく必要ありません。熱慣性が低く、モーターからの連続出力が高いなど、他の利点もあります」とMaertens氏は述べ、新しいシステムの利点のいくつかを説明します。さらに、新しい設計にはローター冷却ソリューションが組み込まれており、ローターの熱損失をモーター内で直接放散することもできます。

プロジェクトパートナーは、発生した場所の近くで熱を放散することにより、モーターとハウジング全体をポリマー材料で構築することができ、さらなる利点をもたらしました。 「ポリマー製のハウジングは、アルミニウム製のハウジングよりも軽量で製造が簡単です。また、後処理を必要とせずに複雑な形状にも適しているため、全体の重量とコストを大幅に節約できました」とMaertens氏は言います。現在熱伝導体として必要とされている金属は、金属に比べて熱伝導率が低い高分子材料に置き換えることができます。

プロジェクトパートナーは、プロジェクトパートナーである住友ベークライト（SBHPP）の繊維強化熱硬化性プラスチックを使用することを選択しました。これは、高温耐性と強力なクーラントに対する高い耐性を提供します。熱可塑性樹脂とは異なり、熱硬化性樹脂は化学物質と接触しても膨潤しません。

大量生産に適しています

ポリマーハウジングは、フェノール成形コンパウンドVyncolitX7700を使用した自動射出成形プロセスで製造されます。プロトタイプの製造のサイクルタイムは現在4分です。固定子自体は、トランスファー成形プロセスで熱伝導性エポキシ樹脂成形コンパウンド（Sumikon EME-A730E）でオーバーモールドされます。研究者チームは、電気モーターの大量生産を可能にする設計と製造プロセスを選択しました。

チームはすでにステーターアセンブリを完成させ、冷却の概念を実験的に検証しました。 「シミュレーションによると、実際の動作で生成される銅巻線に熱量を導入するために電流を使用しました。予想される熱損失の80％以上をすでに放散できることがわかりました。また、すでにいくつかの有望なものがあります。クーラントの流れを最適化するなど、20％弱の余熱損失に対処するためのアプローチ現在、ローターの組み立て段階にあり、まもなく研究所のテストベンチでモーターを操作できるようになります。電気工学と実際の運用での検証」と、プロジェクトの現在の状況を要約したMaertens氏は述べています。

この投稿はの好意によるものです CompositesWorld および Springerlightweight.designマガジンメディアパートナーシップ。 Springerとlightweight.designの詳細については、にアクセスしてください。 https://www.springerprofessional.de/en/link/12141380