Tại sao việc lựa chọn vật liệu vỏ lại ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của động cơ
Nhà ở không chỉ là kết cấu. Nó tạo thành một phần của đường dẫn nhiệt giúp kéo nhiệt ra khỏi cuộn dây stato và nó ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng không treo hoặc quay mà hệ thống truyền động mang theo. Vỏ dẫn nhiệt kém sẽ buộc hệ thống điều khiển động cơ giảm công suất đầu ra sớm hơn khi tăng tốc liên tục hoặc leo dốc, đó là lý do tại sao độ dẫn nhiệt nằm gần đầu tiêu chí lựa chọn vật liệu.
Khả năng chống rung cũng quan trọng không kém. Động cơ năng lượng mới thường quay với tốc độ 10.000 đến 20.000 vòng/phút hoặc cao hơn và bất kỳ sự cộng hưởng nào của vỏ ở các tần số đó có thể làm tăng tốc độ mài mòn ổ trục hoặc nới lỏng các ốc vít bên trong theo thời gian.
So sánh vỏ hợp kim nhôm, gang và composite
Hợp kim nhôm
Độ dẫn nhiệt khoảng 150 đến 200 W/m·K, gần bằng 1/3 trọng lượng của gang đối với kích thước vỏ tương đương, khả năng gia công tốt cho các kênh làm mát tích hợp.
gang
Độ cứng kết cấu cao hơn và chi phí trên mỗi đơn vị thấp hơn nhưng độ dẫn nhiệt gần hơn 50 W/m·K và nặng hơn đáng kể, khiến nó ít phổ biến hơn ở xe điện chở khách.
Tổng hợp / lai
Tùy chọn nhẹ nhất tính theo trọng lượng, đặc tính giảm rung mạnh nhưng độ dẫn nhiệt thấp nhất trong ba loại trừ khi được kết hợp với các miếng làm mát bằng kim loại nhúng.
Sự cân bằng của nhôm giải thích tại sao nó xuất hiện trong hầu hết các hệ thống truyền động điện trên thị trường đại chúng, trong khi gang vẫn tồn tại chủ yếu trong các ứng dụng động cơ công nghiệp hoặc tải nặng, nơi trọng lượng ít quan trọng hơn độ bền thô.
Bảng so sánh trực tiếp giữa các yếu tố hiệu suất chính
| Yếu tố | Hợp kim nhôm | gang | Tổng hợp/lai |
| Trọng lượng tương đối | Thấp | Cao | Rất thấp |
| Độ dẫn nhiệt | Cao | Trung bình | Thấp unless hybridized |
| Giảm rung | Trung bình | Tốt | Tuyệt vời |
| Chi phí sản xuất | Trung bình | Thấp | Cao |
| Ứng dụng điển hình | Xe điện chở khách | Máy móc công nghiệp/nặng | Cao-performance or premium EVs |
Thiết kế kênh làm mát bên trong bức tường nhà ở
Ngoài vật liệu, hình dạng làm mát bên trong có ảnh hưởng lớn đến công suất động cơ được duy trì. Hai cách tiếp cận phổ biến là các kênh làm mát xoắn ốc được đúc trực tiếp vào thành vỏ và các áo làm mát riêng biệt được bắt vít hoặc liên kết bên ngoài.
- tích hợp Các kênh xoắn ốc được đúc vào thành vỏ nhôm làm giảm điện trở nhiệt giữa chất làm mát và stato vì không có lớp khớp nối hoặc lớp giao diện bổ sung nào để đi qua.
- Áo khoác có chốt Dễ dàng sản xuất và sửa chữa độc lập hơn với vỏ, nhưng mối nối cơ học tạo ra một khoảng cách nhiệt nhỏ mà các thiết kế tích hợp tránh được.
- Hybrid Một số vỏ kết hợp các kênh đúc bên trong gần stato với vỏ bọc bên ngoài để có thêm diện tích bề mặt, được sử dụng trong các động cơ dự kiến sẽ duy trì mô-men xoắn liên tục cao.
Các động cơ sử dụng kênh làm mát xoắn ốc tích hợp đã được chứng minh trong thử nghiệm trên băng ghế dự bị để duy trì công suất đầu ra liên tục cao hơn trước khi giảm nhiệt so với động cơ chỉ dựa vào làm mát áo khoác bên ngoài, đặc biệt là trong các chu kỳ tải cao lặp đi lặp lại điển hình của việc lái xe đô thị dừng và đi.
Yêu cầu về niêm phong và xếp hạng IP
Vỏ động cơ năng lượng mới thường cần phải đáp ứng xếp hạng bảo vệ chống xâm nhập IP67 hoặc cao hơn, vì động cơ thường được lắp ở vị trí thấp trong xe và tiếp xúc với nước phun trên đường, bụi và thỉnh thoảng bị ngập nước khi ngập nước. Để đạt được điều này đòi hỏi dung sai gia công chính xác ở đường phân chia vỏ và nắp cuối, cùng với việc lựa chọn miếng đệm hoặc chất bịt kín có thể tồn tại trong cả chu kỳ nhiệt và tiếp xúc lâu dài với hóa chất với chất làm mát và muối đường.
Con dấu tĩnh
Được sử dụng tại các mối nối bắt vít giữa các nửa vỏ; thường là các miếng đệm cao su silicon hoặc fluorocarbon được xếp hạng để duy trì nhiệt độ trên 150°C.
Con dấu động
Được sử dụng khi trục đầu ra thoát ra khỏi vỏ; phải chống mài mòn do quay liên tục trong khi vẫn duy trì lớp chắn kín nước.
Hợp chất bầu
Áp dụng xung quanh các điểm đi qua đầu nối điện để ngăn hơi ẩm xâm nhập vào các điểm xuyên qua dây điện.
Kỹ Thuật Giảm Cân Không Phải Hy Sinh Sức Mạnh
Các nhà sản xuất sử dụng một số phương pháp để giảm khối lượng nhà ở trong khi vẫn giữ được tính toàn vẹn của cấu trúc trong giới hạn an toàn.
- Phần mềm tối ưu hóa cấu trúc liên kết xác định các vùng ứng suất thấp của tường nhà nơi vật liệu có thể được làm mỏng hoặc loại bỏ hoàn toàn.
- Các đường gân trên bề mặt bên ngoài tăng thêm độ cứng ở các vùng chịu ứng suất cao mà không cần tăng thêm độ dày thành đồng nhất trên toàn bộ vỏ.
- Kỹ thuật đúc khuôn thành mỏng cho phép vỏ nhôm đạt được độ dày thành dưới 3 mm ở các phần không chịu tải.
- Việc sử dụng có chọn lọc các lớp phủ composite ở các khu vực cách xa tải nhiệt và kết cấu chính sẽ giúp giảm bớt trọng lượng bổ sung cho toàn bộ tổ hợp.
Thiết kế lại vỏ bằng cách sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết kết hợp với đúc thành mỏng có thể giảm tổng trọng lượng vỏ từ 15 đến 25% so với thiết kế có độ dày đồng đều thông thường mà không làm giảm mô-men xoắn định mức hoặc công suất nhiệt của vỏ.
Sự đánh đổi trong quy trình sản xuất: Đúc khuôn, rèn và gia công
| Quy trình | Sử dụng điển hình | Lợi thế | Đánh đổi |
| Cao-pressure die casting | Vỏ nhôm sản xuất hàng loạt | Thời gian chu kỳ nhanh, hình học bên trong phức tạp có thể | Caoer tooling cost upfront |
| rèn | Cao-stress structural components | Cấu trúc hạt vượt trội và khả năng chống mỏi | Độ phức tạp hình học hạn chế, chi phí trên mỗi đơn vị cao hơn |
| gia công CNC | Nguyên mẫu và chạy khối lượng thấp | Cao precision, fast design iteration | Không hiệu quả về chi phí ở khối lượng sản xuất cao |
Hầu hết việc sản xuất xe điện số lượng lớn đều phụ thuộc vào việc đúc khuôn cho thân vỏ chính, dành việc rèn hoặc gia công cho các phần chèn cấu trúc nhỏ hơn hoặc các giai đoạn xác nhận nguyên mẫu mà những thay đổi về thiết kế vẫn được mong đợi.
