基于相變熱管的永磁同步電機(jī)高效熱管理技術(shù)

隨著新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，永磁同步電機(jī)憑借高功率密度與高轉(zhuǎn)矩密度等優(yōu)點(diǎn)成為新能源汽車電機(jī)的首選。永磁同步電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中釋放相當(dāng)?shù)臒崃糠e累在電機(jī)內(nèi)部，其中大部分的熱量是電機(jī)繞組工作時(shí)產(chǎn)生的。

永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上的永磁材料在高溫、震動(dòng)和過(guò)流的條件下，會(huì)產(chǎn)生磁性衰退的現(xiàn)象，使得電機(jī)容易發(fā)生損壞，直接影響到電機(jī)的運(yùn)行的可靠性和使用壽命。電機(jī)如案例是制約永磁同步電機(jī)極限功率以及使用壽命等的重要因素。

目前直線電機(jī)主要采用自然風(fēng)冷和液冷，其原理是電機(jī)繞組通過(guò)絕緣層和鐵芯等將熱量傳至外殼，再由空氣或液態(tài)工質(zhì)將熱量耗散，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)非常明顯。一是在液冷散熱因散熱路徑長(zhǎng)會(huì)造成電機(jī)內(nèi)部局部溫度高、溫差較大，大部分時(shí)候造成反效果；二是載制冷劑泄露風(fēng)險(xiǎn)大，有安全隱患；三是風(fēng)冷效果不明顯，存在散熱不均勻等風(fēng)險(xiǎn)。

（1）不能對(duì)遠(yuǎn)離液冷板的部分進(jìn)行有效冷卻，同時(shí)電機(jī)內(nèi)部形成較大的溫差。電機(jī)內(nèi)部溫度不均勻，無(wú)論是間接液冷還是制冷工質(zhì)直冷，是電直線電機(jī)壽命的衰減及異常發(fā)熱的主要成因。

（2）散熱路徑長(zhǎng)，熱阻較大，直線電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中熱量易堆積，甚至出現(xiàn)“燒機(jī)”現(xiàn)象。

無(wú)法防止與抑制直線電機(jī)異常發(fā)熱。直線電機(jī)高溫環(huán)境工作、供電電壓超出/低于額定電壓、內(nèi)外部短路等，都會(huì)引發(fā)直線電機(jī)的異常溫升。如果電機(jī)內(nèi)部熱量無(wú)法有效散發(fā)，局部溫度高于電機(jī)內(nèi)部的破壞溫度會(huì)導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行效率低，甚至是“燒機(jī)”。傳統(tǒng)的直線電機(jī)熱管理技術(shù)由于無(wú)法有效散發(fā)電機(jī)內(nèi)部異常發(fā)熱，造成嚴(yán)重的安全問題。

3.1 技術(shù)原理

暢能達(dá)的熱管理技術(shù)基于湯勇教授自主研發(fā)的超級(jí)導(dǎo)熱材料——銅基/鋁基相變熱管。相變熱管利用內(nèi)部氣液相變循環(huán)，實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳遞。

通過(guò)獲取永磁同步電機(jī)的尺寸和工作情況，設(shè)計(jì)制造一種同永磁同步電機(jī)相互匹配的相變熱管，相變熱管根據(jù)直線電機(jī)的實(shí)際情況折彎定制為S形和V形等適配產(chǎn)品的器件，基于相變熱管高導(dǎo)熱率的特性，利用相變熱管內(nèi)部形成的氣液相變循環(huán)，將繞組組件在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量從繞組組件均勻傳遞至液冷水套中帶走。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

高導(dǎo)熱率：相變熱管具有高導(dǎo)熱率，能快速均勻地傳遞熱量。

熱阻?。号c傳統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)相比，相變熱管的熱阻小，散熱效率高。

溫度差控制：電機(jī)內(nèi)部溫度差控制在5℃以內(nèi)，有利于維持金屬部件的力學(xué)性能。

安全性提升：降低異常發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)，提高電機(jī)的安全性。

輕量化設(shè)計(jì)：相變熱管重量輕，有助于電機(jī)輕量化。

暢能達(dá)科研團(tuán)隊(duì)基于相變熱管的高效熱管理技術(shù)為解決永磁同步電機(jī)的熱問題提供了一種有效的解決方案，通過(guò)合理的熱管設(shè)計(jì)和集成，以及散熱系統(tǒng)的優(yōu)化，可以顯著提高電機(jī)的散熱效率和可靠性。未來(lái)的研究將集中在新型相變材料的開發(fā)、熱管理系統(tǒng)集成優(yōu)化以及長(zhǎng)期性能評(píng)估上。