Cztery nieruchome dysze, wirujący rotor i olej wyrzucany wprost na rozgrzane uzwojenia – tak Renault chłodzi silnik elektryczny Mégane E-Tech. Rozbiórka napędu przeprowadzona przez specjalistów PEM RWTH Aachen pokazała, że francuska konstrukcja wyraźnie różni się od rozwiązania zastosowanego w BMW Gen5. Jest prostsza w doprowadzaniu oleju.
Silnik elektryczny nie ma cylindrów, zaworów ani układu wydechowego, jednak podczas intensywnej pracy wytwarza znaczne ilości ciepła. Szczególnie wymagające jest chłodzenie maszyn synchronicznych z uzwojonym wirnikiem, jakie stosują Renault i BMW. Prąd przepływa nie tylko przez stojan, ale również przez uzwojenie obracającego się rotora. Ciepło powstaje więc w części, do której znacznie trudniej doprowadzić czynnik chłodzący. W silniku stosowanym w Renault Mégane E-Tech Electric olej dociera kanałami wykonanymi w bocznych osłonach łożysk. Umieszczone w nich dysze pozostają nieruchome i kierują strumień na wystające czoła miedzianego uzwojenia wirnika. Renault oficjalnie podaje, że w całym układzie znajdują się cztery takie punkty natrysku.
Na tym chłodzenie się nie kończy. Obracający się wirnik przejmuje rolę pompy odśrodkowej. Olej trafiający na uzwojenia zostaje skierowany do otworów wykonanych w bocznych pierścieniach utrzymujących rotor, a następnie wyrzucony na zewnątrz – w kierunku czół uzwojenia stojana. Mechanizm rzeczywiście przypomina szybko obracający się zraszacz ogrodowy, tyle że zamiast wody wykorzystuje olej dielektryczny, który nie powoduje zwarcia po zetknięciu z elementami elektrycznymi.
Największą zaletą jest stosunkowo nieskomplikowane doprowadzenie czynnika. Dysze nie obracają się, nie trzeba więc podawać oleju bezpośrednio do wirującego wału. Jednocześnie strumień trafia blisko źródła ciepła, zamiast odbierać je dopiero przez obudowę silnika.
BMW w napędach Gen5 przyjęło inną koncepcję. Olej jest doprowadzany z jednej strony do wnętrza drążonego wału wirnika. Następnie wypływa przez promieniowe otwory i pod wpływem siły odśrodkowej trafia do wnętrza silnika oraz na uzwojenia stojana. Rozwiązanie zostało opisane w patencie BMW DE102017201117A1. Producent wskazuje w nim, że olej może jednocześnie chłodzić wirnik, stojan i łożyska oraz smarować przekładnię. Obracający się rotor pomaga wymuszać przepływ, co potencjalnie pozwala ograniczyć obciążenie pompy oleju, układ jest jednak bardziej złożony konstrukcyjnie, ponieważ czynnik trzeba wprowadzić do wnętrza obracającego się zespołu.
Z kolei pierwszy wniosek patentowy dotyczący natryskiwania oleju na uzwojony wirnik został złożony przez Renault i Nissana już w listopadzie 2015 roku. Dokument FR3043509A1 opisuje dysze skierowane na oba końce rotora oraz elementy zapobiegające przedostawaniu się oleju do szczeliny między wirnikiem a stojanem. W patencie zapisano, że około 30–40% strat cieplnych powstających w uzwojeniu może koncentrować się w jego czołach, dlatego kierowanie oleju właśnie w te miejsca jest próbą odebrania ciepła bezpośrednio tam, gdzie powstaje go najwięcej.
Drugi patent, FR3059487A1, opisuje pierścienie z kanałami, przez które wirnik wyrzuca olej w kierunku uzwojeń stojana. Silnik ePT-160kW jest produkowany we francuskim zakładzie Renault w Cléon. Producent deklarował, że jednostka Mégane jest o 33% lżejsza od poprzedniej generacji silnika elektrycznego.
źródło: Advances in electric motors: a review and benchmarking of product design and manufacturing technologies, David Drexler · Achim Kampker · Henrik Born · Michael Nankemann · Sebastian Hartmann · Tobias Kulawik. fot. j/w
Galeria
Galeria dołączonych zdjęć
