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驱动电机先进的冷却技术

智能汽车电子与软件 2024-08-12 17:15
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1、定子冷却技术概述
德纳正在研发下一代电机冷却技术来增加功率和扭矩密度，定子冷却技术路线图由5代组成，以满足未来电机扭矩和功率密度要求。
德纳第3代冷却技术将在2025年SOP，第四代在2027年SOP。
最佳冷却策略取决于系统要求、减速器速比和车辆冷却体系结构，因此在未来，多种冷却解决方案将共存

2、为什么我们需要冷却电动机转子？
低磁体工作温度可提高永磁电机性能，大约温度每升高10℃，性能降低1%。较低的磁体工作温度可以减少对重稀土材料的需求，降低成本、提高可持续性。
电机的高速化趋势增加了转子损耗。转子损耗的主要部分（铁、磁、风摩损）是速度的二次方。
与永磁电机结构相比，感应异步电机和电励磁同步电机结构增加了转子损耗。
主动转子冷却对于提高电机功率密度至关重要，同时最大限度地减少对重型稀土材料的需求。

3、转子冷却路线图

4、通过气隙进行转子冷却
过去，有限的关注点用于永磁电机转子轴的主动冷却，永磁电动机的低损耗，通过定子间接冷却的转子，即使在较高的速度下，气隙对流也很低。
半开放式插槽的冷却性能降低。由于热阻高，排热有限，通过轴传导进行额外冷却，导热路径长。

5、空心轴冷却
轴中心设计单通道是许多牵引电动机应用的最新技术。在较高的工作速度下，由于流体中的涡流，冷却性能随着速度的增加而增加。
热源和冷却剂之间较长的导热路径，转子轭、叠片-轴接触电阻、小的流体接触面积导致较差的热性能。

6、转子轴套冷却
增加的轴直径，靠近轴外表面的封闭轴向护套，由于流体接近磁铁，热阻低。由于Coriolis流动，通道中的传热系数非常高。目前还有一些机械和液压方面的挑战，DANA专利正在申请中。
引入HP双EDU（SOP 2025）。实验结果验证了设想。

7、散热方式评价
两种不同电机冷却液的比较：
  • ATF和e-Fluids均可用于主动式转子冷却，由于密封要求，未考虑WEG
  • e-Fluids具有较低的粘度，使设备能够在较低的温度下运行
  • 与ATF相比，e-Fluids具有更好的防腐性能
  • e-Fluids可实现替代车辆冷却架构（电池、逆变器、电机、变速箱）
但e-Fluids具有挑战性的闪点。

8、仿真
DANA TM4电机平台，现成的水冷版本，独立或EDU e-Axle，使用DANA的内部模拟框架对所有电机进行热评估。
经验证的电磁和热模型的组合，精确预测峰值和连续指标等电机性能。
能够模拟多种电机冷却方法。
用于优化电机设计并实现所需的性能目标。

9、DANA的下一代电机冷却性能
使用ATF浸没冷却的DANA下一代（GEN3）电动机将提供卓越的性能：持续转矩密度提升17%，持续功率密度提升35%。
eFluids将进一步提高扭矩和功率密度：持续转矩密度提升30%，持续功率密度提升55%。

最佳冷却策略取决于系统要求和电机尺寸，因此，多种冷却解决方案将共存。

先进的转子冷却技术可以有效降低磁体温度，上表的数据基于电驱动系统有效重量。

DANA第3/4代浸没式冷却解决方案提供卓越的性能。

  • 第1代：转子冷却方法需要高级磁体（UH、EH），永磁体温度180-200°C

  • 第2代：主动轴冷却将磁体温度降至150°C以下，磁铁等级SH

  • 第3代：轴套冷却解决方案可将磁体温度进一步降低至120°C，重稀土磁体含量可以大大降低

  • 第4代：使用替代电介质流体可以进一步将磁体温度降低到100°C以下，HRE含量几乎可以从磁铁中去除

DANA正在开发下一代电机转子冷却系统，进一步提高功率和扭矩密度，同时通过减少重型稀土材料的使用，显著提高可持续性。




来源:佰事汽车


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