通过纤维增强的热固性外壳和定子降低 EV 电机的热量

使电动汽车更轻还包括减轻电机的重量。一种方法是用纤维增强聚合物材料构建它。弗劳恩霍夫化学技术研究所的研究人员正在与卡尔斯鲁厄理工学院 KIT 合作开发一种新的冷却概念，使聚合物能够用作电机外壳材料。而这并不是新冷却概念的唯一优势：与最先进的技术相比，它还显着提高了电机的功率密度和效率。

电动传动系统的两个关键部件是电动机和电池。在使用电动马达实现环保移动时，三个问题发挥着特别重要的作用：高功率密度、紧贴电动汽车的紧凑配置以及高效率。作为 DEmiL 项目的一部分 – 一个德语缩写，代表带有集成轻质外壳的直接冷却电动机 – 普芬茨塔尔弗劳恩霍夫 ICT 的研究人员现在正在与汽车系统技术研究所 (FAST) 和卡尔斯鲁厄理工学院电气工程研究所 (ETI) 合作KIT 开发了一种结合定子和转子直接冷却的新方法。 “电动机由旋转转子和静止定子组成。定子包含电流流经的铜绕组——这是发生大部分电气损耗的地方。我们新概念的新颖之处在于定子，”弗劳恩霍夫 ICT 的研究员 Robert Maertens 说。

矩形扁线代替圆线

电动机具有超过 90% 的高效率，这意味着很大一部分电能转化为机械能。剩余的 10% 左右的电能以热量的形式流失。为防止电机过热，定子中的热量目前通过金属外壳传导至装满冷水的冷却套管。在这个项目中，研究人员团队用矩形扁线代替了圆线，可以更紧密地缠绕在定子中。这为扁平线绕组阶段旁边的冷却通道创造了更多空间。 “在这种优化设计中，热量损失可以通过定子内部的冷却通道消散，无需将热量通过金属外壳传输到外部冷却套管。事实上，在这个概念中您根本不再需要冷却套管。它还提供了其他好处，包括更低的热惯性和更高的电机连续输出，“Maertens 解释了新系统的一些优点。此外，新设计结合了转子冷却解决方案，还可以让转子的热量损失直接在电机内散发。

通过在靠近产生热量的地方散热，项目合作伙伴能够用聚合物材料建造整个电机和外壳，从而带来更多优势。 “与铝制外壳相比，聚合物外壳重量轻且更易于生产。它们还适用于复杂的几何形状，无需后期处理，因此我们在整体重量和成本上取得了一些真正的节省，”Maertens 说。目前需要作为导热体的金属可以被聚合物材料替代，与金属相比，聚合物材料具有较低的导热性。

项目合作伙伴选择使用其项目合作伙伴住友电木 (SBHPP) 的纤维增强热固性塑料，该塑料具有耐高温性和对腐蚀性冷却剂的高耐受性。与热塑性塑料不同，热固性塑料与化学品接触时不会膨胀。

适合大批量生产

聚合物外壳是使用酚醛模塑料 Vyncolit X7700 通过自动注塑成型工艺生产的。制造原型的周期时间目前为四分钟。定子本身在传递模塑工艺中用导热环氧树脂模塑料 (Sumikon EME-A730E) 包覆成型。研究人员团队为电动机选择了一种设计和制造工艺，使其能够批量生产。

该团队已经完成了定子组装并通过实验验证了冷却概念。 “根据模拟，我们使用电流将实际运行中产生的热量引入铜绕组中。我们发现我们已经可以消散超过 80% 的预期热量损失。而且我们已经有了一些有希望的处理略低于 20% 的剩余热损失的方法，例如通过优化冷却剂的流量。我们现在处于组装转子的阶段，很快就能在研究所的测试台上运行电机电气工程并在实际操作中对其进行验证，”Maertens 总结了项目的当前状态。

这篇文章是由提供的 CompositesWorld 和 Springer 轻量级设计杂志 媒体合作。有关 Springer 和轻量级设计的更多信息，请访问 https://www.springerprofessional.de/en/link/12141380