【SXVD-024】酷夢 佐藤あい Nemak愚弄FLOW

铝合金电动马达壳体的开拓【SXVD-024】酷夢 佐藤あい

愚弄软件：FLOW-3D CAST

公司：Nemak （诺玛科）

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作家：Prof. Dr.-Ing. Franz Josef Feikus (Nemak Europe GmbH)， Paul Bernsteiner (Nemak Linz GmbH)， Dr. Ricardo Fernández Gutiérrez (Nemak Linz GmbH)， Dr. Inż. Michał Łuszczak (Nemak Poland)

本文翻译自DEVELOPMENT Electric Motors (Further Development of Electric Motor Housings)

一、电动马达的整合化想象

在全寰宇对CO2排放、油耗等要求越来越严格的大环境下，新能源汽车的发展也鼓舞了电动马达的发展。从夹杂能源到插电式夹杂能源再到纯电动汽车，电动马达在各个阶段皆发展出不同类型的产物。早期的夹杂能源车由燃油车改装而来，其电动马达具有多组件，整合度低。#搜狐号创作挑战赛#

跟着电动马达时期的发展，结构浅薄、组件较少、整合度高的电动马达受到心疼。如图1为BMW i3的电动马达结构，主要有外部壳体、定子架、变速箱和用于电子成立的壳体…等，大部分为铝压铸件。为了兑现电动马达的主动冷却壳体会内置冷却管路，这种单一组件的处分决策在较小的想象篡改中愈加机动，适用于压铸，况且优遴选于较小的电机。

图1：远隔使用里面定子架和外部壳体拼装电动马达壳（BMW i3等）；压铸件坐褥

跟着新式电动汽车平台的束缚出现，同期需要知足无数坐褥条目，对电动马达分量轻、安设空间小、高比功率和成果以及总体资本低的要求急剧高潮，这也鼓舞了电动机架构的变化。因此，电动马达整合化想象成为关节点。这也就意味着，电动马达仅有小数的几个零件构成，如外壳、变速箱和电力电子成立等，远隔通过多样时期单独锻造和拼装，然后整合到电动马达外壳中。整合化想象决策还具有制造上风，如摒除了组件间聚首的接口，数落了制变资本。同期也不错兑现减重和性能的进步。而电动马达的冷却通谈不错径直在锻造时成型，如图2，具有更大的想象和优化空间。由于铸件结构复杂，因此电动马达外壳的锻造多接受CPS或重力锻造。

图2：整合化想象电动马达壳包含冷却通谈及水套(通过制芯)

二、冷却通谈的想象

电动马达外壳和冷却通谈的想象关于电动马达的运转口舌常迫切，同期优化通谈想象还不错进步资本效益【SXVD-024】酷夢 佐藤あい，校园春色其想象和优化可通过模拟分析来兑现。

冷却通谈复杂的几何口头（蛇形或螺旋形）对整合电子成立外壳的坐褥是个挑战。可借助流体能源学（CFD）贪图，参谋最好决策，CFD模拟具有裁汰开拓时辰的优点。图3为接受AVL List GmbH器具对电动马达外壳进行CFD贪图的收尾。图3中a为冷却通谈运转的转折想象， b为具有较低的流动阻力，通过插入相沿肋条以增多砂芯的强度。且流量贪图后，冷却通谈的成果不受想象的影响。c为螺旋形冷却通谈的收尾，其具有更大的冷却名义，且冷却介质的湍流增多，改善了热传递。但其谬误是电动马达的纵轴上的温度梯度跨越30K。

图3：水套砂芯想象相比：（a）运转想象的转折冷却信谈、（b）按照功能和坐褥优化的冷却通谈想象，（c）螺旋形想象冷却通谈

三、新的冷却通谈想象用于压铸愚弄

螺旋形冷却通谈是当今电动机壳体冷却想象最常用使用的处分决策之一。上述纵轴上的温度梯度的谬误是在保握压铸的可制造性的同期优化冷却通谈几何口头的情况下变成的原因。受电子或家用供暖系统热交换器想象的启发，开拓了销子水套想象决策（pin water jacket）。图4示出了带有销子水套的电动机内壳横截面。销子水套和螺旋式水路的冷却名义真实沟通，主要区别在于冷却液的体积。销子水套仅需要螺旋水路体积的四分之一，即名义与体积之比昭着更好。

图4：带有销子水套的内壳体截面

为了量化销子水套冷却成果，使用FLOW-3D CAST 软件通过CFD仿真了冷却介质的流动和热交换，内壳的温度散布贪图收尾如图5所示。收尾清晰，通过仿真商酌的压力亏损与本色测得的压力亏损具有很好的有关性。应该强调的是，即使在7 kW的功率下，销子水套想象的电动马达壳的外部温度仍保握在90℃以下。(如表1)

图5：上图为5和7千瓦电动马达加热功率的销子水套内壳体温度散布（T1， T2， T3， T4：下图为蓝色点测量位置

表1 ：仿真收尾主要信息

四、电动马达外壳材料的聘用

电动马达壳体材料需要聘用适合的锻造铝合金和热处理来知足使用需求。况且锻造制成的聘用将影响铸件的质地和机械性能。在选材时主要接洽身分如下：

•在运行经由中将定子压入里面壳体并承受载荷→具有高强度和伸长率的合金

•使用中的尺寸踏实性→经过热处理的锻造材料的合适聘用

•负责名义构兵腐蚀，十分是在外壳的外部密封名义上的腐蚀→使用耐腐蚀合金

•屏蔽电磁场→确保所用材料的电磁兼容性（EMC）。

概括以上在选材时需要接洽材料是否知足上述性能要求，且还要接洽开拓和愚弄资本。锻造铝合金需要具有一定的刚度和延展性，尺度合金EN AC-AlSi9Cu3（Fe）的屈服强度（YS）最低为140 MPa，断裂伸长率为1%。在T5热处理后，坐褥的零件可跨越180 MPa的屈服强度。为了知足更高的强度和伸长率要求，需要进行T6热处理，并使用具有较高延展性的合金，举例EN AC-AlSi8Cu3，然后接受CPS锻造或重力锻造，且该决策也更具资本效益，具体如图6。

图6：AlSiCu锻造合金在锻造后的机械性能参数（F），在单个阶段热处理后（T5）和两个阶段热处理后（T6），(T1: 从淬火成型温度和冷却时效)

材料聘用的第二个决定身分是对耐腐蚀性的要求，这关于密封件尤其迫切。如若电动马达壳体发生腐蚀，将可能有渗水而导致电动马达故障。铜会挫伤锻造合金的耐腐蚀性，AlSiMg合金（举例AlSi7Mg0.3或AlSi10Mg）则具有较高的抗腐蚀才智，同期又知足机械性能要求。此外，由于通盘的铝锻造合金具有顺磁性，因此很容易知足EMC的要求。

参考文件 REFERENCES

Huber， A.; Pfitzner， M.; Nguyen-Xuan， T.; Eckstein， F.: Effiziente Strömungsführung im Wassermantel elektrischer Antriebsmaschinen. In: ATZelektronik 06/2013， pp. 478-485

Knaus， O.; Schneider， J.; Klarin， B.: Simulation in der Entwicklung automotiver E-Maschinen. In: ATZextra Automotive Engineering Partners 2018， pp. 32-37

EN 1706: Aluminium und Aluminiumlegierungen – Gussstücke – Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften.

Online: https://www.beuth.de/de/norm/din-en-1706/194230717【SXVD-024】酷夢 佐藤あい， access: November 21， 2019

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