EV 모터 하우징 냉각: 설계, 재료 및 공차에 대한 구매자 가이드

샤프트에서 142kW를 전달하는 150kW 견인 모터는 나머지 8kW를 신발 상자보다 작은 고정자 스택에 열로 배출합니다. 업계 분석에 따르면 영구 자석 모터 고장의 30~40%는 과도한 온도 상승으로 인해 발생하며 거의 모든 열이 하나의 구성 요소인 하우징을 통해 빠져나갑니다. 이것이 바로 EV 모터 하우징 냉각이 후기 단계의 세부 사항에서 모터가 출력 밀도 목표를 달성하는지 아니면 테스트 벤치에서 감소하는지를 결정하는 분야로 전환한 이유입니다.

이 가이드에서는 열을 하우징으로 전달하는 냉각 아키텍처, 그 뒤에 있는 재료와 벽 두께의 균형, 그리고 하우징 공급업체에 도면을 공개하기 전에 구매자가 수정해야 하는 측정 가능한 사양을 안내합니다.

EV 모터 하우징 냉각이 하우징 자체에서 시작되는 이유

하우징은 고정자에 부착된 가장 큰 단일 방열판이므로 하우징의 기하학적 구조, 벽 두께 및 가공 품질에 따라 모터가 얼마나 많은 열을 발산할 수 있는지에 대한 상한선이 설정됩니다.

구리 권선과 회전자에서 생성된 열은 냉각수에 도달하기 전에 일련의 인터페이스(권선 절연체, 적층 스택, 스택과 하우징 보어 사이의 압입 끼워맞춤, 하우징 벽, 마지막으로 채널 표면)를 통과해야 합니다. 바니시, 갇힌 공기 및 산화물 층은 열악한 전도체이므로 모든 인터페이스에 열 저항이 추가됩니다. 냉각 재킷의 치수가 아무리 넉넉하더라도 잘못 가공된 구멍이나 고르지 못한 압입으로 인해 열이 갇힐 수 있습니다.

하우징에는 장착 브래킷, 엔드 실드 인터페이스, 센서 보스 및 씰도 포함되어 있습니다. 냉각 기능은 이 모든 기능과 공존해야 합니다. 이것이 바로 하우징 냉각이 하우징 제조와 분리될 수 없는 이유입니다. 모든 채널, 핀 및 포트는 CAD로 그리는 것이 아니라 생산 과정에서 형성, 가공 및 누출 테스트를 거쳐야 합니다.

재킷 하우징 내부: 워터 재킷 및 냉각 채널

대부분의 생산 EV 트랙션 모터는 간접적으로 냉각됩니다. 즉, 물-글리콜 혼합물이 하우징 벽에 통합된 재킷을 통해 순환합니다.

냉각수는 하우징의 포트를 통해 유입되어 고정자를 감싸는 채널을 따라 이동한 후 라디에이터 쪽으로 나갑니다. 축형 채널은 샤프트와 평행하게 이어지며 가공이 더 간단하고, 나선형 채널은 보어 주위를 감싸 원주 온도 프로파일을 균등하게 유지합니다. 이중 채널 하우징에 대해 발표된 연구에 따르면 두 개를 결합할 수 있으므로 한 회로는 권선 돌출부 근처의 가장 뜨거운 구역에 우선순위를 두고 두 번째 회로는 기본 부하를 전달합니다.

실제로 축형 라우팅과 나선형 라우팅 비교

주택 공급업체의 경우 재킷이 프로세스 경로를 결정합니다. 주조 알루미늄 하우징은 주조 중에 채널을 형성합니다. 가공 및 가공된 하우징은 가공된 포켓, 커버 및 용접된 포트로 제작됩니다. 어느 쪽이든, 모든 재킷은 라미네이션 스택에 글리콜을 흘리지 않고 보증 테스트를 통과해야 하는 작은 압력 용기가 됩니다. 송풍기 및 펌프 드라이브와 같은 동일한 차량의 저전력 모터는 여전히 핀이 있거나 통풍이 되는 하우징 전체의 공기 냉각에 의존하므로 공기 흐름 친화적인 하우징 기능도 요구됩니다.

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직접 오일 냉각이 EV 모터 하우징 냉각 요구 사항을 변경하는 방법

직접 오일 냉각은 냉각수를 권선과 회전자로 이동시키지만 열 경로에서 하우징을 제거하지는 않습니다.

오일 냉각식 구동 장치에서는 유전성 유체가 최종 권선과 회전자 표면에 분사되거나 흘러 넘쳐 발생되는 열을 포착합니다. 그런 다음 해당 오일은 열 교환기를 통과하며, 여기서 물-글리콜 회로가 에너지를 흡수하여 라디에이터로 전달합니다. 하우징은 여전히 ​​2차 회로를 호스팅하고 모터 챔버 내부의 오일을 밀봉하며 고정자 코어에서 바깥쪽으로 전도 경로를 설정합니다.

구매자의 경우 사양 목록이 이동됩니다. 하우징 조인트와 씰은 작동 온도에서 오일을 유지해야 하고, 재료와 코팅은 변속기 유체에 장기간 노출을 견뎌야 하며, 오일 냉각이 열 경로의 일부만 우회하기 때문에 보어 가공 품질이 평소보다 훨씬 더 중요합니다. 플랫 와이어 고정자가 슬롯 충진 및 손실을 증가시키면서 많은 새로운 프로그램이 두 시스템을 동시에 실행합니다. 즉, 소스의 오일, 하우징 벽의 재킷입니다.

EV 모터 하우징 냉각의 재료 및 벽 두께 결정

재료 선택은 하우징의 열전도율을 고정하고 벽 두께는 채널에 남아 있는 공간의 양을 결정하므로 두 가지를 함께 선택해야 합니다.

다이캐스트 알루미늄은 강철보다 열을 몇 배 더 잘 전도하고 복잡한 재킷을 저렴하게 주조하기 때문에 대용량 트랙션 하우징의 기본값으로 유지됩니다. 강철 및 스테인리스 하우징은 강도, 치수 안정성, 내부식성 또는 적당한 시리즈 볼륨이 지배적인 위치를 차지합니다. 전도도 저하가 실제로 발생하지만 관리가 가능합니다. 재킷 설계에서는 냉각수 경계면의 대류막과 고정자 맞춤의 접촉 저항이 벽 자체를 통한 전도만큼 많은 저항에 기여하는 경우가 많기 때문입니다.

기하학으로 낮은 전도성을 보상

프로그램에서 강철 또는 304 스테인레스를 지정하는 경우(예: 냉각수 화학, 세척 노출 또는 긴 서비스 수명이 내식성을 결정하는 경우) 설계자는 손실을 수용하기보다는 형상으로 보상합니다.

• 압력 한계 내에서 하우징 보어와 채널 바닥 사이의 더 얇은 벽
• 나선형 라우팅 또는 두 번째 회로를 통해 더 많은 채널 접촉 영역
• 압입 간섭을 제어하여 라미네이션 스택이 균일한 접촉으로 안착되도록 합니다.
• 모든 금속 간 접합부의 열 전도성 인터페이스 화합물

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벽 두께는 반대 방향으로 당겨집니다. 벽이 두꺼운 강철 튜브 하우징은 깊은 채널과 높은 내압을 위한 넉넉한 재료를 남겨 산업용 EV 드라이브트레인 및 오프로드 듀티 사이클에 적합하지만 벽이 1밀리미터 더 늘어날 때마다 전도 저항이 추가됩니다. 채널 바닥은 강도가 허용하는 한 보어에 가깝게 위치해야 합니다.

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부식 방지 설계에 대해 자세히 알아보려면 당사를 참조하십시오. 스테인레스 모터 하우징 가이드 .

냉각 하우징을 주문하기 전에 구매자가 잠가야 할 사항

냉각 성능은 첫 번째 칩이 절단되기 훨씬 전에 도면에 따라 결정되므로 구매자는 공급업체와 측정 가능한 사양의 짧은 목록을 동결해야 합니다.

그런 다음 보증보다는 증거를 요청하십시오. 유능한 주택 제조업체는 주저 없이 네 가지를 넘겨주어야 합니다.

1. 재료 인증서 및 코팅 두께 보고서
2. 장치 일련번호와 연결된 재킷의 누출 테스트 기록
3. 보어 직경, 진원도 및 채널 바닥 두께를 다루는 CMM 보고서
4. 고정자의 실제 맞춤 데이터에 맞춰 정렬된 초도품 검사

이것이 바로 통합 제조업체가 유지권을 얻는 곳입니다. 강소위펑전기(주) 40년 동안 강철, 스테인리스, 두꺼운 벽 및 강철 튜브 모터 하우징을 생산했으며 스탬핑, 용접, 가공 및 표면 처리를 한 지붕 아래에서 수행했으며 엔지니어링 팀은 평균 20년 이상의 경험을 보유하고 있으며 연간 생산 능력은 500만 개가 넘습니다. 모터와 함께 개발된 냉각 하우징이 필요한 프로그램의 경우 수직 통합으로 설계 변경과 누출 테스트 샘플 간의 루프가 단축됩니다.

냉각식 모터 하우징: 자주 묻는 질문

강철 또는 스테인리스 하우징이 알루미늄뿐만 아니라 EV 모터도 냉각할 수 있습니까?

예, 냉각 설계로 보상받을 수 있습니다. 강철은 알루미늄과 마찬가지로 대략 1/3의 전도성을 가지므로 강철 하우징은 더 얇은 채널 벽, 더 넓은 채널 영역 및 더 단단한 압입에 의존합니다. 재킷 설계에서는 대류 및 접촉 저항이 지배적인 경우가 많으므로 잘 가공된 강철 재킷은 평범한 알루미늄 재킷과 일치할 수 있습니다.

직접 오일 냉각으로 인해 하우징 재킷이 더 이상 사용되지 않습니까?

아니요. 오일 냉각은 권선과 회전자에서 열을 포착하지만 오일은 여전히 ​​열 교환기를 통해 물-글리콜 회로로 그 열을 내보냅니다. 대부분의 고전력 밀도 프로그램은 두 가지 방법, 즉 소스의 오일, 하우징 벽의 재킷을 결합합니다.

워터 재킷 EV 모터 하우징은 얼마나 많은 열을 제거할 수 있나요?

이는 하우징 재료 자체보다는 냉각수 유량, 채널 면적 및 인터페이스 품질에 따라 달라집니다. 액체 회로는 동일한 표면에서 공기보다 최대 50배 더 ​​효과적으로 열을 발산합니다. 이것이 바로 재킷 하우징이 몇 킬로와트 이상의 연속 손실을 지배하는 이유입니다.

EV 냉각 프로젝트를 시작할 때 주택 공급업체에 무엇을 먼저 보내야 합니까?

고정자 외경 및 맞춤 전략, 연속 손실 수치, 냉각수 유형 및 유량, 사용 가능한 압력 강하 및 환경 요구 사항부터 시작하십시오. 이러한 수치를 통해 공급업체는 견적을 내기 전에 채널 레이아웃, 벽 두께 및 테스트 계획을 제안할 수 있습니다.