Ambrell感应加热器在电动汽车行业的应用-收缩装配

电动汽车(EV)稳步普及。它们具有明显的环境优势。混合动力汽车可显着减少排放,而电动汽车则完全不产生。几年前,很难想象电动汽车会以这种速度出现。其制造过程提出了新的挑战,需要独特和创新的解决方案。电动汽车利用车内电池组的动力为使车轮旋转的电动机提供动力,因此无需发动机。典型的电动汽车的运动部件比内燃机少约90%。在制造环境中,这意味着要组装的零件更少,复杂度更低且包装更轻。电动汽车会产生即时扭矩,因此驱动器启动很快。但是,传统技术可以产生相同的扭矩,但是速度却很高。因此,许多电动汽车的驾驶感觉较轻,同时在制造中具有许多其他优点。

电动车辆的传动系直接耦合到电动机。 电动机由壳体,定子和转子组成。 顾名思义,定子是静止部分,转子是使轴旋转的旋转/运动部分,旋转轴产生扭矩并旋转车轮。 定子和转子磁性相互作用,以将电能转换为机械能。 电动机从逆变器接收电能,而逆变器又从驻留在电动车辆上的电池组接收电能。

感应加热是在电动汽车的制造过程中加热金属零件的常用方法。 典型的感应加热系统感应加热电源,匹配电路和感应加热线圈组成。 感应加热线圈由水冷铜管制成,水冷铜管中流过高频交流电。 感应线圈中的交流电会在铜附近产生强磁场。 磁场在放置在其附近的金属零件中产生交流电(涡电流)。涡流逆着金属的电阻流动并产生热量。 使用感应加热是因为它的速度,准确性,可重复性和效率。

收缩装配是在不使用紧固件或其他机械紧固装置的情况下将两个或多个零件连接起来的一种流行方法。 从历史上看,人们已经认识到这种用于连接零件的方法是实用,容易的,并且所生产的零件并不昂贵。 木制马车车轮在外周上使用钢圈,以在道路和车轮之间形成可以承受磨损的屏障。加热钢环以使其膨胀,然后滑过木轮。 冷却后,环就在两者之间形成了牢固的配合。 自从组装需要真正同心操作的零件以来,制造中一直使用相同的技术。

外壳到定子的收缩装配
在电动机中对轻质电动机壳体的需求是显而易见的。 紧固装置的任何减少不仅减轻了重量,而且消除了昂贵且费时的劳动。

定子是一种磁性装置,由钢制叠片制成,并带有错综复杂的铜线排列以承载电流。然后通过热套将其安装在铝制定子内。铝制外壳还可以有效地从内部组件中散热。铝外壳被加热到200-300°C(350-550°F),具体取决于外壳和定子之间的过盈配合。

铝会膨胀并允许将定子轻松放置在壳体内部。内径(ID)感应线圈通常用于加热铝制外壳。由于ID感应线圈的效率不如外径(OD)感应线圈,因此必须使线圈和铝表面之间的间隙最小。间隙越小,铝的加热速度越快,或者应用所需的感应电源越小。如果铝制外壳壁可能具有冷却通道以保持适度的温度,则也不建议使用OD线圈。

图1,电动机铝制外壳内部热迁移图

 

图2,内部感应加热线圈

转子内钢轴的收缩装配
电动机定子内部的转子由钢制叠层制成,以减少运行过程中的涡流加热,因为很难消除产生的热量。 由于采用感应热缩配合,该轴可安装在转子内部。 通常,钢轴与加热的转子一起冷却,以使过程中的温差最大化。 转子具有槽和特征,不仅可以容纳永磁体,还可以减轻重量。

钢制转子组件堆有两个感应加热选项。 感应线圈可以设计成从外部或内部加热钢。 由于感应产生的热量限制在距线圈表面几毫米的位置,因此不建议使用OD感应线圈,因为它会使磁体空间和圆周之间的较薄部分过热。 为了避免这种情况,必须以缓慢的速度传递过热能量。 这增加了加热时间,并且减少了输入到转子组件的能量,使得感应加热过程不切实际。

加热转子组件中钢叠片的唯一可行方法是使用组件ID中的线圈。 尽管存在阻碍整个表面均匀传热的障碍,但这种内在热量可以更好地将能量传递给组件。 较高的能量输送速率允许将层压组件快速加热到温度,即使必须在多个安装中使用多个加热站。

图3,ID感应线圈与OD感应线圈温度传导比较

图4,使用ID线圈进行加热时的热传递

图5,使用OD线圈进行加热时热传递无法实现,钢叠片出现过热

图6,用ID线圈加热钢制转子内径

在某些情况下,用组件外径上的线圈加热钢制转子是可行的。 在这种情况下,感应加热装置可实现最大的能效。 感应线圈的制造和维护更加容易。 外径和内径之间的温差取决于金属基体的热传导。 钢材是首选材料,它限制了热量通过中心传播的速度。

图7,OD线圈加热与ID线圈加热时热电偶的比较

Ambrell公司简介 

Ambrell公司成立于1986年,是感应加热市场的全球先进供应商,以我们的应用和工程专业知识而闻名。 卓越的产品质量和出色的服务与支持是我们承诺提供行业客户体验的核心。

我们的总部位于美国,业务遍及欧洲,包括英国和荷兰。 所有产品均在我们位于美国的制造工厂进行设计和制造,该工厂已通过ISO 9001认证。 在过去的三十年中,我们已经通过广泛的OEM和分销网络扩展了全球影响力,如今,我们已在50多个国家/地区安装了15,000多个系统。


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