據(jù)外媒報(bào)道，印度和波蘭的一組研究人員探討使用輕量化材料給電機(jī)帶來的改進(jìn)。其研究結(jié)果發(fā)表在《能源》（Energies）雜志上。
（圖片來源：MDPI）
電機(jī)（Electric Motors）
在應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)全球凈零排放目標(biāo)方面，電機(jī)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)人員來說，在減輕車重的同時(shí)保持功率和效率，具有重要意義。為了實(shí)現(xiàn)快速脫碳，需要設(shè)計(jì)高效的、強(qiáng)大的和輕型設(shè)備。
在電動(dòng)汽車中使用電機(jī)
近年來，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)迅猛發(fā)展。在過去的一二十年里，特斯拉、保時(shí)捷和寶馬等公司一直走在這一商業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新前沿。作為這個(gè)行業(yè)的核心，電機(jī)設(shè)計(jì)仍存在一定的挑戰(zhàn)。
目前，高性能電動(dòng)汽車的電機(jī)普遍采用水冷系統(tǒng)，而不是笨重的傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)。這樣可以在不犧牲車輛重量和性能的情況下，充分保持電機(jī)的冷卻效果和效率。然而，水冷卻系統(tǒng)存在一系列問題，使電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)受限。首先，這些系統(tǒng)（比如管道等）中可能發(fā)生泄漏，導(dǎo)致過熱和水損壞的安全問題，從而降低電機(jī)的整體效率。因此，需要進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)和維護(hù)。
此外，隨著這些系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜機(jī)械的需求，如泵、管道和散熱器，挑戰(zhàn)也隨之產(chǎn)生。這使其比傳統(tǒng)的風(fēng)冷系統(tǒng)更難維護(hù)。
在電機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用輕質(zhì)材料
為了解決重量問題，并保持電機(jī)的最佳效率，研究人員重點(diǎn)關(guān)注在水冷系統(tǒng)等部件中使用先進(jìn)的輕量化材料。
近年來，研究人員探討過很多材料，包括碳纖維和聚合物基復(fù)合材料。通過改進(jìn)組件設(shè)計(jì)，評(píng)估可用于電機(jī)的先進(jìn)材料，以解決當(dāng)前技術(shù)存在的許多問題。
此項(xiàng)研究
在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)探討如何使用各種先進(jìn)的輕量化材料來減輕電機(jī)的整體重量，同時(shí)不犧牲設(shè)備的整體功率效率和性能。具體來說，研究人員專注于液冷電動(dòng)機(jī)。
在研究過程中，研究人員選擇了一臺(tái)0.5馬力的電機(jī)。這是一種傳統(tǒng)的風(fēng)冷式感應(yīng)電機(jī)，旨在演示如何通過水冷系統(tǒng)提高效率。以該電機(jī)為參考，通過CAD設(shè)計(jì)了一臺(tái)風(fēng)冷式電機(jī)。參考電機(jī)被拆開，以測(cè)量零部件的尺寸和重量。
熱分析表明，與傳統(tǒng)的全封閉風(fēng)冷式電機(jī)相比，使用軸向外殼（axial housing water jacket）水套提供的冷卻效率更高。
采用有限元分析的方法，評(píng)估溫度范圍和梯度差異。比起同等風(fēng)冷式電機(jī)，水冷電機(jī)具有較低的溫度范圍。對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料PA6GF30進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)這種材料降低系統(tǒng)最高溫度的能力幾乎可與鋁相媲美。在這方面，鋁是一種常規(guī)材料。
未來的研究
根據(jù)這項(xiàng)研究，在電機(jī)設(shè)計(jì)（特別是水冷系統(tǒng)）中，可以使用輕量化材料（特別是PA6GF30）來減輕重量，同時(shí)保持同等效率和性能。這表明了這一研究領(lǐng)域的前景。
研究人員表示，在改良電機(jī)的研究中，下一步是評(píng)估用于電機(jī)外殼的輕量化和低密度材料。選擇與冷卻系統(tǒng)兼容的適當(dāng)材料，將是關(guān)鍵領(lǐng)域。盡管仍然存在挑戰(zhàn)，但這項(xiàng)研究為這一材料科學(xué)和設(shè)計(jì)領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)。
（轉(zhuǎn)載）
