1. Źródła wytwarzania ciepła i znaczenie odprowadzania ciepła
Jako urządzenie pracujące pod dużym obciążeniem, z przerwami, a elektryczna pompa powietrza do samochodu (CEV) generuje znaczne ciepło podczas pracy ze względu na swoje podstawowe elementy. Do głównych źródeł ciepła zalicza się:
Ciepło silnika: Kiedy prąd przepływa przez uzwojenia silnika, na skutek oporu generowane jest ciepło Joule'a. Jest to główne źródło ciepła.
Tarcie tłoka: Szybki ruch posuwisto-zwrotny pomiędzy tłokiem a ścianką cylindra w cylindrze generuje ciepło tarcia.
Ciepło sprężania gazu: Zgodnie z zasadami termodynamiki temperatura gazu gwałtownie wzrasta po sprężeniu. Sprężone, gorące powietrze podgrzewa cylinder i przewody powietrzne.
Efektywne odprowadzanie ciepła ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia stabilnej wydajności i wydłużenia żywotności CEV. Akumulacja ciepła może prowadzić do zmniejszenia wydajności silnika, starzenia się izolacji cewki, a nawet powodować przestoje z powodu przegrzania, co poważnie wpływa na komfort użytkowania i niezawodność produktu.
2. Technologia rozpraszania ciepła rdzenia
Technologia rozpraszania ciepła w pompach powietrza CEV skupia się przede wszystkim na efektywnym przenoszeniu ciepła z elementów wewnętrznych do środowiska zewnętrznego.
1. Optymalizacja strukturalna
Metalowy cylinder i głowica cylindra: Cylindry i głowice cylindrów są zbudowane z materiałów metalowych o wysokiej przewodności cieplnej, takich jak stop aluminium lub stop miedzi. Metale mają znacznie wyższą przewodność cieplną niż tworzywa konstrukcyjne, co pozwala im szybko odprowadzić ciepło wytwarzane przez tłok i kompresję.
Konstrukcja radiatora: Żebra są zintegrowane z zewnętrzną powierzchnią cylindra lub kluczowymi obszarami korpusu silnika generującymi ciepło. Żebra te znacznie poprawiają efektywność konwekcji ciepła poprzez zwiększenie powierzchni kontaktu z powietrzem zewnętrznym. Liczba, wysokość i rozstaw żeberek zostały starannie zaprojektowane, aby zapewnić optymalne odprowadzanie ciepła przez konwekcję.
Konstrukcja dwu/wielocylindrowa: W porównaniu do pomp jednocylindrowych, pompy dwucylindrowe rozdzielają całkowity pobór mocy na dwa cylindry, redukując chwilowe obciążenie cieplne pojedynczego cylindra. Ponadto przestrzeń pomiędzy dwoma cylindrami ułatwia przepływ powietrza i rozprasza źródła ciepła.
2. Aktywny układ chłodzenia powietrzem
Zintegrowany wentylator chłodzący: Większość elektrycznych pomp powietrza średniej i wysokiej klasy do samochodów zawiera jeden lub więcej szybkich wentylatorów. Wentylatory te są zwykle umieszczane w pobliżu silnika lub cylindra i na siłę zasysają chłodne powietrze z zewnątrz, nadmuchują je na elementy wytwarzające ciepło, a następnie wypuszczają gorące powietrze. Jest to najbardziej bezpośrednia i skuteczna metoda chłodzenia.
Kanał powietrzny i konstrukcja przepływu powietrza: Dedykowane kanały powietrzne są wbudowane w obudowę pompy. Inżynierowie wykorzystują symulacje CFD (Computational Fluid Dynamics), aby zoptymalizować ścieżkę przepływu powietrza wentylatora, zapewniając precyzyjny przepływ przez uzwojenia silnika, łożyska i ścianki cylindrów, unikając martwych stref utraty ciepła.
3. Inteligentne zarządzanie temperaturą i ochrona
Oprócz czysto fizycznego odprowadzania ciepła, nowoczesne elektryczne pompy powietrza do samochodów opierają się również na inteligentnej technologii elektronicznej do zarządzania ciepłem.
Termistor/czujnik temperatury: Termistory PTC/NTC lub cyfrowe czujniki temperatury instaluje się w kluczowych miejscach uzwojeń silnika, PCBA lub cylindra. Czujniki te monitorują temperaturę wewnętrzną pompy powietrza w czasie rzeczywistym.
Ochrona przed przegrzaniem: Gdy temperatura wewnętrzna osiągnie zadany próg (np. 105°C lub 120°C), inteligentny układ sterujący (MCU) natychmiast odcina zasilanie silnika, powodując automatyczne wyłączenie. Zapobiega to uszkodzeniom spowodowanym przegrzaniem i zapewnia bezpieczeństwo użytkownika i trwałość produktu.
Modulacja szerokości impulsu PWM: W niektórych wysokowydajnych bezszczotkowych pompach powietrza do silników sterownik dynamicznie dostosowuje cykl pracy PWM silnika w oparciu o informację zwrotną z czujnika temperatury. Zachowując podstawową skuteczność pompowania, odpowiednio zmniejsza moc silnika, ograniczając w ten sposób szybką akumulację ciepła i wydłużając czas ciągłej pracy.
IV. Optymalizacja materiałów i interfejsów
Materiały izolacyjne odporne na wysoką temperaturę: Stosowanie emaliowanego drutu odpornego na wysokie temperatury i materiałów izolacyjnych klasy H lub klasy F (maksymalna odporność na temperaturę 180°C lub 155°C) gwarantuje, że silnik nie ulegnie uszkodzeniu izolacji ani zwarciom w środowiskach o wysokiej temperaturze, poprawiając w ten sposób niezawodność pompy powietrza.
Materiał interfejsu termicznego (TIM): Pomiędzy niektórymi komponentami (takimi jak interfejs między tranzystorami mocy a radiatorami na PCBA) można zastosować smar termiczny lub podkładki termiczne, aby zminimalizować opór cieplny styków i zapewnić efektywne przenoszenie ciepła do struktury rozpraszającej ciepło.
Obudowa polimerowa: Nawet jeśli obudowa jest wykonana z tworzywa sztucznego, wybiera się wysoce ognioodporne materiały kompozytowe PA lub PC/ABS o wysokiej Tg (temperaturze zeszklenia), aby zapewnić, że obudowa nie odkształci się ani nie zmięknie pod wpływem długotrwałej pracy w wysokiej temperaturze.
