Porównanie materiałów obudowy silnika EV: prowadnica z aluminium, stali i stali nierdzewnej

Rozbiórka niemal każdego seryjnego pojazdu zasilanego akumulatorowo opowiada tę samą historię dwa razy: silnik trakcyjny jest owinięty odlewem aluminiowym, podczas gdy pompa płynu chłodzącego, wentylator chłodzący i znajdująca się obok dmuchawa HVAC są równie narażone na zużycie spawanej stali. Obydwa wybory są poprawne i oba odpowiadają na jedno pytanie: które Materiały na obudowę silnika elektrycznego opłacają się w danym cyklu pracy? Odpowiedz na to pytanie niedbale, a rachunek przyjdzie później w związku z nadmierną masą, roszczeniami z tytułu gwarancji na korozję lub kosztami obudowy, których nie da się przetrwać negocjacji w sprawie zamówienia. W tym przewodniku porównano metale, które mają znaczenie, z liczbami, o które faktycznie spierają się zespoły inżynieryjne i zakupowe.

Jakie są materiały obudowy silnika elektrycznego?

Rozmowy na temat materiałów silnikowych często schodzą na stronę stali elektrotechnicznej i powłok laminowanych. To osobna decyzja, bo laminaty żyją wewnątrz obwodu magnetycznego, a obudowa to część konstrukcyjna i termiczna. W samym budownictwie dominują cztery rodziny materialne:

• Odlewane ciśnieniowo stopy aluminium, takie jak ADC12 i A380: domyślne rozwiązanie dla silników trakcyjnych pojazdów elektrycznych, odlane w jednym procesie z płaszczami chłodzącymi i występami montażowymi.
• Tłoczona i spawana stal węglowa: podstawa silników pomocniczych, silników wentylatorów, pomp i napędów przemysłowych.
• Stal nierdzewna 304: określona, ​​gdy kontakt z chłodziwem, mgła solna lub zmywanie wykluczają powlekaną stal węglową.
• Rura stalowa o grubych ściankach i gruba płyta: zarezerwowane dla silników urządzeń o dużym obciążeniu, narażonych na wstrząsy i silników ze zintegrowaną przekładnią.

Dlaczego aluminium wygrywa w obudowie silnika trakcyjnego pojazdu elektrycznego

Aluminium pełni funkcję obudowy trakcyjnej w oparciu o dwie liczby: gęstość i ciepło. Przy 2,7 ​​g/cm3 w porównaniu do 7,85 g/cm3 w przypadku stali, zmniejsza masę obudowy o około 65 procent przy tej samej objętości i masie usuniętej z zakresu zwrotów silnika. Przewodność cieplna ma równie duże znaczenie, ponieważ obudowa pełni rolę radiatora stojana: chłodniejsze uzwojenia utrzymują bardziej ciągły moment obrotowy przed obniżeniem wartości znamionowych.

Odlewanie ciśnieniowe wygrywa również w zakresie integracji. Odlewana pod wysokim ciśnieniem obudowa ADC12 lub A380 mieści płaszcz wodny, otwory czujnika i występy montażowe w jednej części o ściankach o grubości od 3 do 5 mm. Karą jest oprzyrządowanie: matryce odlewnicze są drogie i amortyzują się tylko w przypadku programów o dużej produkcji i właśnie dlatego aluminium dominuje na rynku trakcji o wartości 200 000 sztuk rocznie, a nie na rynku pomocniczym o wartości 20 000 sztuk.

Gdzie stalowe obudowy silników pokonują aluminium pod względem całkowitego kosztu

Stal pozostaje racjonalnym wyborem wszędzie tam, gdzie roczne wolumeny są umiarkowane, obciążenia są duże lub obudowa musi wytrzymać nadużycia, które mogłyby wgniecić cienki odlew. Surowa stal kosztuje mniej więcej jedną trzecią aluminium za kilogram, a linia do tłoczenia i spawania jest znacznie tańsza w obróbce niż komora do odlewania ciśnieniowego, więc poniżej objętości, przy której amortyzują się matryce odlewnicze, stal wygrywa pod względem kosztu w przeliczeniu na gotową obudowę.

Istnieje również cichszy argument: rozszerzalność cieplna. Stos stojana jest wykonany ze stali krzemowej, zatem stalowa obudowa rozszerza się i kurczy z niemal taką samą szybkością, jak znajdujące się w niej laminaty, co zmniejsza naprężenia powstające przy pasowaniach wciskowych w cyklach termicznych. Spawane obudowy stalowe można również poddawać ponownej obróbce i rewizji na późniejszym etapie programu, czego odlew nie toleruje.

Średnica wewnętrzna 260 Obudowa silnika o grubych ściankach z podstawą Obudowa ze stali o grubości 5 mm ze spawaną listwą zaciskową, uchwytem do podnoszenia i stopą montażową, dostosowana do dużych silników przemysłowych i ciężkich. Pojawia się tam, gdzie znaczenie ma dobrana termicznie stal spawana i późna ponowna obróbka. Zobacz produkt →

Jest to pas zajmowany przez specjalistów w dziedzinie budownictwa mieszkaniowego, takich jak Jiangsu Yufeng Electric Co., Ltd., producent z 40-letnim doświadczeniem w stalowych obudowach silników, wewnętrznym tłoczeniu, spawaniu, obróbce skrawaniem i obróbce powierzchni, którego roczna zdolność produkcyjna przekracza pięć milionów sztuk. Kupujący, którzy chcą mieć pełny obraz sytuacji po stronie dostawcy, mogą sobie z tym poradzić przewodnik dla kupujących stalową obudowę silnika przed utworzeniem krótkiej listy partnerów.

Obudowa silnika o grubych ściankach, średnica wewnętrzna 127 Wykonana z bezszwowych rur stalowych ze ścianką o grubości 7,9 mm, obudowa ta zapewnia wysoką sztywność, wytrzymałość na skręcanie i odporność na zmęczenie w przypadku wymagających zastosowań przemysłowych, stanowiąc pomost do dyskusji na temat możliwości dostawcy i wyboru materiałów. Zobacz produkt →

Obudowy ze stali nierdzewnej 304 odporne na chłodziwo i korozję

Kiedy wrogiem jest korozja, a nie ciężar, stal nierdzewna 304 kończy dyskusję. Zelektryfikowane silniki pojazdów coraz częściej montowane są obok obiegów glikolowego płynu chłodzącego, akumulatorów i stref rozbryzgowych pod podwoziem. Powlekana obudowa ze stali węglowej ulega uszkodzeniu w momencie zarysowania powłoki, natomiast stal nierdzewna 304 zawierająca około 18% chromu i 8% niklu odbudowuje pasywną warstwę tlenku i zapewnia ochronę po zarysowaniach i spawach.

Obudowa silnika o średnicy wewnętrznej 180 304SS Obudowa ze stali nierdzewnej 304 ze ścianką o grubości 3 mm i przyspawanym uchwytem do podnoszenia, która jest odporna na wilgoć, kwasy, zasady i mgłę solną. Idealny do zastosowań mokrych lub korozyjnych, gdzie margines korozji przewyższa niższą przewodność cieplną stali nierdzewnej. Zobacz produkt →

Kompromisy są realne. Stal nierdzewna 304 przewodzi tylko około 16 W/mK, czyli mniej więcej jedną trzecią stali węglowej, i waży tyle samo, co 7,9 g/cm3, więc projektanci kompensują to żebrami, dodatkową powierzchnią lub wymuszonym przepływem powietrza. Dlatego 304 pojawia się najczęściej w silnikach pomocniczych, pompach i sprzęcie pracującym w środowisku mokrym lub korozyjnym, gdzie jego margines korozji przewyższa wpływ na temperaturę.

Więcej informacji na temat gatunków, wykończeń i strategii uszczelniania można znaleźć w tym artykule przewodnik po obudowie silnika ze stali nierdzewnej, dotyczący konstrukcji silnika odpornej na korozję .

Materiały obudowy silnika EV: szybkie porównanie i lista kontrolna wyboru

Tabela kompresuje kompromisy w jeden widok, a lista kontrolna przekształca je w proces, który program może faktycznie uruchomić.

Przed zablokowaniem materiału wykonaj następującą sekwencję:

1. Najpierw zaplanuj ścieżkę termiczną: obciążenie ciągłe czy szczytowe oraz to, czy chłodziwo styka się z obudową, czy też ciepło musi docierać wyłącznie do otaczającego powietrza.
2. Wyceń strategię antykorozyjną: koszty powlekania i testowania w stosunku do premii za stal nierdzewną przez cały okres użytkowania.
3. Liczba jednostek rocznie: matryce odlewnicze amortyzują się przy dużej objętości, podczas gdy oprzyrządowanie do tłoczenia i spawania jest tańsze.
4. Sprawdź obciążenia integracyjne: podstawy montażowe, wsporniki i siły zewnętrzne decydują, kiedy wymagana jest konstrukcja grubościenna.
5. Audyt łańcucha procesów dostawcy: tłoczenie, spawanie, obróbka skrawaniem i obróbka powierzchni pod jednym dachem skraca pętle korekcyjne w przypadku odchyleń tolerancji.

Często zadawane pytania: Materiały obudowy silnika elektrycznego