Sähkömoottorien lämmönhallinta sähkö- ja hybridiajoneuvoissa

Abstract

Tässä työssä on tavoitteena selvittää nykyaikaisten sähkö- ja hybridiajoneuvojen sähkömoottoreiden lämmönhallintaratkaisut. Työssä tutkitaan lämmönhallinnan merkitystä sähkömoottoreissa ja minkälaisilla materiaalivalinnoilla voidaan vaikuttaa sähkömoottorin lämmönhallintaan. Työssä tutkitaan myös nykyaikaisia jäähdytysjärjestelmiä ja selvitetään minkälaisia teknologioita autonvalmistajat käyttävät nykypäivänä lämmönhallintaan.

Työssä keskitytään erityisesti henkilöautojen sähkömoottoreiden lämmönhallintaan. Työssä tutkittuja sähkömoottoreiden lämmönhallintaratkaisuja käsitellään erityisesti voimansiirtoon tarkoitetuissa sähkömoottoreissa, kuitenkin myös tiettyjä ratkaisuja voi-daan käyttää ajoneuvoista löytyvissä pienemmissä moottoreissa. Työ toteutetaan kirjalli-suuskatsauksen muodossa. Työn aineisto saadaan tieteellisistä artikkeleista, valmistajien kotisivuilta, standardeista ja patenteista.

Tutkimuksen tulosten perusteella lämmönhallinnan avulla voidaan vaikuttaa sähkömoottoreissa käytettävien osien käyttöikään ja hyötysuhteeseen, sillä toimiessaan optimilämpötilassa, ei moottorissa syntyvät häviöt vaikuta yhtä suuresti moottorin toimintakykyyn. Työn perusteella lämmönhallinnalla voidaan parantaa myös sähkömoottoreissa käytettävien voiteluaineiden ja eristeiden toimivuutta. Nykyaikana yleisimpänä jäähdytyskeinona käytetään nestejäähdytystä. Muita jäähdytysmuotoja käytetään puolestaan tukemaan jäähdytystehokkuutta ja prosessia, sillä näillä jäähdytysratkaisuilla ei saavuteta yhtä suurta jäähdytystehokkuutta, kuin nestejäähdytyksellä. Yleisimpiä tukevia jäähdytysteknologioita ovat ilmajäähdytys ja paranneltuun lämmönjohtumiskategoriaan kuuluvat lämpöputket. Lämpöputkien käytössä tärkeimpiä huomioon otettavia asioita on asennuskulma, jolla voidaan parantaa jäähdytystä noin 7 °C verrattuna ilman lämpöputkia toimivaan moottoriin.

The aim of this thesis is to find out the thermal management solutions for the electric motor of the modern electric and hybrid vehicles. The thesis examines the importance of thermal management in electric motors and what kind of material choices can be used to influence the thermal management of an electric motor. The thesis also examines modern cooling systems and finds out what kind of technologies car manufacturers use nowadays for heat management.

The thesis focuses especially on thermal management of electric motors in passenger cars. The thermal management solutions for electric motors studied in the work are discussed especially in electric motors intended for power transmission, however, certain solutions can also be used in smaller motors found in vehicles. The work is conducted in the form of a literature review. The material for the thesis is obtained from scientific articles, manufacturers' websites, standards, and patents.

Based on the results of the study, thermal management can influence the lifespan and efficiency of the parts used in electric motors, because when operating at optimal temperature, the losses generated in the motor do not affect the motor's performance as much. Based on the work, thermal management can also improve the functionality of lubricants and insulators used in electric motors. Nowadays, the most common cooling method is liquid cooling. In turn, other forms of cooling are used to support the cooling efficiency and the process, because these cooling solutions do not achieve the same high cooling efficiency as liquid cooling. The most common supporting cooling technologies are air cooling and heat pipes belonging to the improved heat conduction category. One of the most important things to consider when using heat pipes is the installation angle, which can improve cooling by about 7 °C compared to an engine operating without heat pipes.