تبريد محركات السيارات الكهربائية: كيف يحقق تصميم PMSM زيادة في الكفاءة بنسبة 31%

يتسارع وتيرة التحول نحو المركبات الكهربائية بشكل كبير. وهذا التحول يبرز تحدياً هندسياً بالغ الأهمية. أصبح إدارة الحرارة في المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم أمراً حاسماً. تنتج أنظمة نقل الحركة الحديثة حرارة شديدة.تركز هذه الحرارة في الجزء الثابت والملفات. وإذا لم تتم إدارتها بشكل صحيح فإنها تتلف العزل وتضعف الأداء المغناطيسي. تتأثر الموثوقية سلباً عند ارتفاع درجات الحرارة أكثر من اللازم.

غالباً ما تكون طرق التبريد التقليدية غير كافية. لا توفر التبريد بالهواء القدرة اللازمة للتطبيقات عالية الطاقة. ويضيف التبريد السائل غير المباشر مقاومة حرارية. تفصل طبقات من المواد بين مصدر الحرارة والمائع المبرد. احتاج المهندسون إلى حل أفضل. فطوروا أنظمة تبريد هجينة تجمع بين الطريقة المباشرة وغير المباشرة. يعتمد هذا النهج على رش الزيت داخلياً على الملفات. كما يستخدم قنوات خارجية في غلاف الجزء الثابت. الهدف هو القضاء على النقاط الساخنة مع الحفاظ على الكفاءة.

يتطلب الأمر تحقيق توازن دقيق بين أهداف متنافسة. علينا تقليل درجات حرارة المكونات. ويجب أيضاً خفض طاقة ضخ المائع الهيدروليكي. استكشفت دراسة حديثة هذا التوازن باستخدام ديناميكا الموائع الحسابية المتقدمة. حلل الباحثون محرك PMSM عالي الحمل يعمل بسرعة 10000 دورة في الدقيقة. فحصوا ثلاثة متغيرات رئيسية. شملت هذه المتغيرات قطر الفوهة ومعدل تدفق المبرد ودرجة حرارة زيت المدخل.

كشفت النتائج عن مقايضات مثيرة للاهتمام. أدى زيادة قطر الفوهة من 1.1 ملم إلى 1.7 ملم إلى خفض انخفاض الضغط بنحو 31%. كانت التغيرات في درجة الحرارة ضئيلة أثناء هذا التعديل. قدمت معدلات التدفق الأعلى للمبرد فوائد مختلفة. خفض رفع معدل التدفق من 10 إلى 20 لترًا في الدقيقة درجات حرارة الملفات بأكثر من 15 كلفن. ومع ذلك زادت المقاومة الهيدروليكية بأكثر من 213%. حسن خفض درجة حرارة زيت المدخل الحماية لكنه زاد من طاقة الضخ المرتبطة باللزوجة.

للوصول إلى أفضل تسوية استخدم الباحثون شبكة عصبية اصطناعية. ربطوا ذلك بخوارزمية NSGA-II وإطار عمل اتخاذ القرار TOPSIS. تميز التصميم الأمثل بقطر فوهة يبلغ 1.7 ملم. وضبط معدل التدفق عند 16.59 لترًا في الدقيقة. بقيت درجة حرارة المدخل عند 15 درجة مئوية. حقق هذا الإعداد انخفاضاً بنسبة 31% في طاقة الضخ الهيدروليكية المثالية. ظلت درجات حرارة المكونات مماثلة للأساسيات عالية التدفق.

كان توزيع التدفق الطبيعي بين الفروع حوالي 54% و46%. تثبت هذه النتائج أن التحسين الذكي يعزز الأداء الحراري الهيدروليكي. يمكن جعل محركات السيارات الكهربائية أكثر كثافة وكفاءة في استخدام الطاقة. تبقى الموثوقية سليمة. ستعمل الأعمال المستقبلية على التحقق من صحة هذه النماذج تحت دورات قيادة متغيرة. سيتم دمج تأثيرات المجال الدوراني لتحسين الاستراتيجيات بشكل أكبر.