EV मोटरों को ठंडा करने के तरीके: PMSM डिज़ाइन में 31% दक्षता वृद्धि

इलेक्ट्रिक वाहनों का विस्तार तेजी से हो रहा है। इस बदलाव के साथ इंजीनियरिंग की एक बड़ी चुनौती सामने आई है। परमानेंट मैग्नेट सिंक्रोनस मोटर्स (PMSM) में थर्मल मैनेजमेंट अब एक क्रांतिकारी मुद्दा बन गया है। आधुनिक ड्राइवट्रेन बहुत अधिक गर्मी पैदा करते हैं। यह गर्मी स्टैटर और वाइंडिंग्स में केंद्रित होती है। यदि इसे ठीक से नियंत्रित नहीं किया जाए तो इंसुलेशन खराब होता है और चुंबकीय प्रदर्शन कम हो जाता है। तापमान बहुत ज्यादा बढ़ जाने पर विश्वसनीयता भी प्रभावित होती है।

परंपरागत ठंडक करने के तरीके अक्सर अपर्याप्त साबित होते हैं। एयर कूलिंग हाई पावर ऐप्लिकेशन्स के लिए काफी नहीं होती। इंडायरेक्ट लिक्विड कूलिंग में थर्मल रेजिस्टेंस की समस्या रहती है। इसमें ह्यूमैंड स्रोत और कूलेंट के बीच मटीरियल की कई परतें होती हैं। इंजीनियरों को इसका बेहतर समाधान चाहिए था। उन्होंने कॉम्बाइंड डाइरेक्ट-इंडायरेक्ट कूलिंग सिस्टम विकसित किए। इसमें वाइंडिंग्स पर इंटरनल ऑयल जेट्स का उपयोग किया जाता है। साथ ही स्टैटर केसिंग के बाहरी हिस्से में चैनल्स भी होते हैं। इसका उद्देश्य हॉटस्पॉट्स को कम रखते हुए दक्षता बनाए रखना है।

ऑप्टिमाइजेशन में विरोधी लक्ष्यों के बीच संतुलन बनाना जरूरी है। हमें कंपोनेंट्स के तापमान को न्यूनतम करना है। साथ ही हाइड्रोलिक पंपिंग पावर को भी कम करना है। हालिया एक अध्ययन ने एडवांस्ड कंप्यूटेशनल फ्लूइड डायनामिक्स का उपयोग करके इस संतुलन को समझा। शोधकर्ताओं ने 10,000 आरपीएम पर काम करने वाले हाई-लोड PMSM का विश्लेषण किया। उन्होंने तीन मुख्य चरों पर ध्यान दिया। इनमें नोजल व्यास, कूलेंट फ्लो रेट और इनलेट ऑयल तापमान शामिल थे।

परिणामों ने दिलचस्प ट्रेड-ऑफ दिखाए। नोजल व्यास को 1.1 मिमी से बढ़ाकर 1.7 मिमी करने से प्रेशर ड्रॉप में लगभग 31% की कमी आई। इस बदलाव के दौरान तापमान में नगण्य परिवर्तन हुआ। उच्च कूलेंट फ्लो रेट ने अलग लाभ दिए। फ्लो को 10 से 20 लीटर प्रति मिनट तक बढ़ाने से वाइंडिंग तापमान 15 केल्विन से ज्यादा नीचे आ गया। हालांकि हाइड्रोलिक रेजिस्टेंस में 213% से ज्यादा की वृद्धि हुई। इनलेट ऑयल तापमान कम करने से सुरक्षा बेहतर हुई लेकिन विस्कॉसिटी से जुड़ी पंपिंग पावर बढ़ गई।

सबसे अच्छा संतुलन ढूंढने के लिए शोधकर्ताओं ने आर्टिफिशियल न्यूरल नेटवर्क का उपयोग किया। इसका जोड़ NSGA-II एल्गोरिदम और TOPSIS निर्णय लेने की प्रणाली से किया गया। सबसे उपयुक्त डिज़ाइन में 1.7 मिमी नोजल व्यास था। फ्लो रेट 16.59 लीटर प्रति मिनट निर्धारित किया गया। इनलेट तापमान 15°C बना रहा गया। इस कॉन्फ़िगरेशन ने आदर्श हाइड्रोलिक पंपिंग पावर में 31% की कमी लाई। कंपोनेंट तापमान हाई-फ्लो बेलाइन्स के तुलनीय रहे।

शाखाओं के बीच प्राकृतिक फ्लो विभाजन लगभग 54% और 46% था। ये निष्कर्ष दर्शाते हैं कि स्मार्ट ऑप्टिमाइजेशन थर्मो-हाइड्रोलिक प्रदर्शन को सुधारता है। EV मोटर्स अब छोटे और ऊर्जा दक्ष हो सकते हैं। उनकी विश्वसनीयता भी बनी रहती है। भविष्य के शोध में ट्रान्जिएंट ड्राइसाइकल्स के तहत इन मॉडलों की पुष्टि की जाएगी। रोटेटिंग-डोमेन प्रभावों को शामिल कर रणनीतियों को और परिष्कृत किया जाएगा।