섬유 강화 열경화성 하우징 및 고정자를 통해 EV 모터의 열 감소

전기차를 더 가볍게 만들기 위해서는 모터의 무게를 줄이는 것도 포함됩니다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 섬유 강화 폴리머 재료로 구성하는 것입니다. Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT의 연구원들은 폴리머를 모터 하우징 재료로 사용할 수 있는 새로운 냉각 개념을 개발하기 위해 Karlsruhe Institute of Technology KIT와 협력하고 있습니다. 그리고 이것이 새로운 냉각 개념의 유일한 장점이 아닙니다. 또한 최신 기술에 비해 모터의 전력 밀도와 효율성을 크게 향상시킵니다.

전기 구동 트레인의 두 가지 핵심 구성 요소는 전기 모터와 배터리입니다. 그리고 친환경 모빌리티를 위해 전기 모터를 사용할 때 특히 중요한 역할을 하는 세 가지 문제가 있습니다. 높은 전력 밀도, 전기 자동차에 꼭 맞는 컴팩트한 구성, 높은 수준의 효율성입니다. DEmiL 프로젝트의 일환으로 – 통합 경량 하우징이 있는 직접 냉각식 전기 모터를 나타내는 독일어 약어 – Pfinztal에 있는 Fraunhofer ICT의 연구원들은 현재 Karlsruhe Institute of Technology의 Institute of Vehicle System Technology(FAST) 및 Institute of Electrical Engineering(ETI)과 협력하고 있습니다. KIT는 고정자와 회전자의 직접 냉각을 통합하는 새로운 접근 방식을 개발했습니다. “전기 모터는 회전하는 로터와 고정된 고정자로 구성되어 있습니다. 고정자는 전기가 흐르는 구리 권선을 포함하며, 여기서 대부분의 전기 손실이 발생합니다. 우리의 새로운 개념의 새로운 측면은 고정자에 있습니다.”라고 Fraunhofer ICT의 연구원인 Robert Maertens는 말합니다.

사각형 플랫 와이어가 원형 와이어를 대체합니다.

전기 모터는 90% 이상의 고효율을 가지고 있어 전기 에너지의 많은 부분이 기계 에너지로 변환됩니다. 나머지 10% 정도의 전기 에너지는 열의 형태로 손실됩니다. 모터가 과열되는 것을 방지하기 위해 고정자의 열은 현재 금속 하우징을 통해 냉수로 채워진 냉각 슬리브로 전도됩니다. 이 프로젝트에서 연구원 팀은 원형 와이어를 고정자에 더 단단히 감을 수 있는 직사각형 플랫 와이어로 교체했습니다. 이것은 플랫 와이어 권선 단계 옆에 냉각 채널을 위한 더 많은 공간을 만듭니다. “이 최적화된 설계에서 열 손실은 고정자 내부의 냉각 채널을 통해 소산되어 금속 하우징을 통해 외부 냉각 슬리브로 열을 전달할 필요가 없습니다. 사실 이 개념에서는 더 이상 냉각 슬리브가 필요하지 않습니다. 낮은 열 관성 및 모터의 높은 연속 출력 등 다른 이점도 제공합니다.”라고 Maertens는 새 시스템의 몇 가지 장점을 설명합니다. 또한, 새로운 디자인에는 로터의 열 손실이 모터 내에서 직접 소산되도록 하는 로터 냉각 솔루션이 통합되어 있습니다.

열이 발생하는 곳 가까이에서 열을 발산함으로써 프로젝트 파트너는 폴리머 재료로 전체 모터와 하우징을 구성할 수 있었고 더 많은 이점을 얻을 수 있었습니다. “폴리머 하우징은 알루미늄 하우징보다 가볍고 생산하기 쉽습니다. 또한 후처리 없이 복잡한 형상에 적합하므로 전체 무게와 비용을 상당히 절감할 수 있었습니다.”라고 Maertens는 말합니다. 현재 열전도체로 요구되는 금속은 금속에 비해 열전도율이 낮은 고분자 소재로 대체 가능하다.

프로젝트 파트너는 고온 저항성과 공격적인 냉각수에 대한 높은 저항성을 제공하는 프로젝트 파트너 Sumitomo Bakelite(SBHPP)의 섬유 강화 열경화성 플라스틱을 사용하기로 결정했습니다. 열경화성 수지와 달리 열가소성 물질은 화학 물질과 접촉해도 부풀어 오르지 않습니다.

대형 시리즈 생산에 적합

폴리머 하우징은 페놀릭 몰딩 컴파운드 Vyncolit X7700을 사용하여 자동화된 사출 성형 공정으로 생산됩니다. 프로토타입 제조 사이클 타임은 현재 4분입니다. 고정자 자체는 트랜스퍼 몰딩 공정에서 열전도성 에폭시 수지 몰딩 컴파운드(Sumikon EME-A730E)로 오버몰딩됩니다. 연구원 팀은 대량 생산이 가능한 전기 모터의 설계 및 제조 공정을 선택했습니다.

팀은 이미 고정자 조립을 완료하고 냉각 개념을 실험적으로 검증했습니다. "우리는 시뮬레이션에 따라 실제 작동에서 생성될 구리 권선의 열량을 도입하기 위해 전류를 사용했습니다. 우리는 이미 예상 열 손실의 80% 이상을 소산할 수 있음을 발견했습니다. 그리고 우리는 이미 몇 가지 유망한 예를 들어 냉각수의 흐름을 최적화하여 나머지 20% 미만의 열 손실을 처리하기 위한 접근 방식 우리는 이제 로터를 조립하는 단계에 있으며 곧 Institute of the Institute의 테스트 벤치에서 모터를 작동할 수 있을 것입니다. 전기 공학 및 실제 작동에서 검증하십시오.”라고 Maertens가 프로젝트의 현재 상태를 요약하면서 말합니다.

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