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1、2010-4-71车用冷却风扇基础车用冷却风扇基础2010-4-72ContentMotorBasic电机基础CFMBasic冷却风扇基础DesignofCFMsystem冷却模块的设计校核TechnictrendofCFM冷却风扇的发展趋势QuestionandAnswer问题讨论2010-4-73ContentMotorBasic2010-4-7401.HeadlightRetractorMotor02.WaterPumpMotor03.FrontWindshieldWiperMotor04.RearWindshieldWiperMotor05.WinshieldWasherMotor06
2、.HeadlightWasherPumpMotor07.DoorLockActuatorMotor08.PowerAntennaMotor09.WindowLiftMotor10.SeatMotor11.Door-MirrorMotor12.TelescopicSteeringMotor13.TiltSteeringMotor14.SunroofMotor15.PowerCurtainMotor16.EngineCoolingMotor17.SeatMotorforSideSupport18.SeatMotorforLumbarSupport19.BlowerMotor20.Condenser
3、CoolingFanMotor21.ServoMotorforAirConditioner22.MotorforIn-Car-Sensor23.BlowerMotorforAir-Purifier24.HeightAdjustingMotor25.MotorforABS26.SteppingMotorforIdleSpeedControl27.4WDDef-lockMotor28.SteppingMotorforOdometer29.MotorforAutoDriveSystem30.FuelStopMotorMotors for Automotive 汽车用电机汽车用电机2010-4-752
4、010-4-76直流永磁电动机基本结构直流永磁电动机基本结构直流永磁电动机基本结构直流永磁电动机基本结构绕组定子转子电枢电刷弹簧绕组电刷电刷组件端盖轴承机壳磁瓦电刷引线刷盒2010-4-77Eg+-raIUMotor Equation电机基本公式电机基本公式TilT,STTSn,I,I0SnltSnlIS根据上面简化图，电路平衡公式：U=I*Ra+Eg其中：UVoltage电压ICurrent电流RaResistance.电枢内阻EgCounterEMF反电势Input power 输入功率输入功率Pin=U*I(Watts)其中U输入电压;I电流由于摩擦阻力,风阻,磁阻和内电阻的损耗I2R,
5、电机的输出功率小于输入功率:Output power (shaft power) 输出输出(轴轴)功率功率Ps=2*S/60*T(Watts)其中:Sspeed(rpm);Ttorque(Nm)Efficiency 效率效率 =Ps/Pin=2*S/60*T/(U*I)2010-4-78ContentMotorBasicCFMBasic2010-4-79Function of Engine Cooling Module发动机冷却风扇的功用发动机冷却风扇的功用A/CCondenserRadiatorElectricCoolingFanModuleEngineShroudViscousDriveE
6、ngineDrivenFan用于发动机的冷却系统和空调系统等的水箱,冷凝器等的风冷散热.2010-4-710Structure of Engine Cooling Module发动机冷却风扇基本发动机冷却风扇基本结构结构FANFAN风扇风扇风扇风扇MOTORMOTOR电机电机电机电机SHROUDSHROUD护风圈护风圈护风圈护风圈FlapperdoorFlapperdoor风门风门风门风门按照电机数量分为:单风扇和双风扇的冷却风扇总成按照装配位置分为:吹风式和吸风式;按照电机调速方式可以分为:串电阻调速,串联调速和PWM控制调速2010-4-711电子风扇基本特性曲线电子风扇基本特性曲线静压静
7、压流量曲线流量曲线效率曲线效率曲线空气功率输入功率空气功率输入功率转速曲线转速曲线n功率曲线功率曲线输入功率输入功率电流曲线电流消耗电流曲线电流消耗有用的条规律：冷却风扇堵的越利害（风阻大）时，流量越是小，功耗越是大，转速越是低。因此减冷却风扇堵的越利害（风阻大）时，流量越是小，功耗越是大，转速越是低。因此减小一切可能的风阻是设计高效冷却系统必须时刻考虑的要素；小一切可能的风阻是设计高效冷却系统必须时刻考虑的要素；风扇的最高效率点在最大流量的风扇的最高效率点在最大流量的0.550.70附近时，可以使保证系统效率最大化；附近时，可以使保证系统效率最大化；空气功率的计算：空气功率的计算：Pf=Q*
8、Ps其中Pf空气风扇功率(Watts)Q空气流量(m3/sec)Ps静压(Pascal)2010-4-712ContentMotorBasicCFMBasicDesignofCFMsystem2010-4-713散热系统的匹配散热系统的匹配发动机功率类型，型式散热量要求水箱和电子风扇匹配电机和风扇匹配台架试验验证设计及修正确认发动机的最大功率Ne发动机散热量系数k汽油机:0.850.95柴油机:0.600.75增压型：系数增加0.10.15散热量QwQw=k*Ne*0.65初选水箱参数初选风扇参数功率，流量，风阻几何尺寸等初选电机参数初选风扇参数功率，流量，风阻几何尺寸等电机风扇试验冷却模块试
9、验发动机匹配试验初步设计定型关于发动机散热量的经验数据可以要求发动机供应商提供关于发动机散热量的经验数据可以要求发动机供应商提供2010-4-714例例 ：估算：估算110KW柴油发动机的冷却风扇模块的主要性能参数柴油发动机的冷却风扇模块的主要性能参数发动机冷却模块校核发动机冷却模块校核发动机部分发动机部分发动机功率发动机功率 Ne KWNe KW110发动机类型发动机类型柴油机是否有增压是否有增压No散热功率系数0.65发动机工作点系数0.5-0.750.62散热功率KW44.3散热功率kKal/h 38,124水箱部分水箱部分水箱进水温度水箱进水温度 821118211198水箱出水温度水
10、箱出水温度 8293829391冷却水流速冷却水流速 kg/s 13kg/s 131.55水箱散热量kKal/h39060结果验证方案可行方案可行发动机功率类型，型式散热量要求2010-4-715水箱水箱2水箱水箱1水箱和电子风扇匹配风冷部分风冷部分水箱进风温度水箱进风温度 2550255035水箱出风温度水箱出风温度 5085508570设定工作点静压设定工作点静压 Pa 80300 Pa 80300 150/220风流量风流量m3/hm3/h2700风冷散热量kKal/h38912结果验证方案可行方案可行寻找寻找合适合适性能的水箱，性能的水箱，确定工作点：确定工作点：提示：不要认为现成的，
11、装的上就行，就是节省！提示：不要认为现成的，装的上就行，就是节省！水箱水箱1输出输出2700立方立方/小时的风量所需的空气功率为小时的风量所需的空气功率为:2700/3600*220=165Wa水箱水箱2所需的功率为所需的功率为2700/3600*150=112.5Wa由此可见水箱由此可见水箱1需要的风功率相对水箱需要的风功率相对水箱2增加了增加了52.5W（47%），），折算到冷却风扇电机的输入功率，折算到冷却风扇电机的输入功率，增加了约增加了约175W。估算增加了估算增加了CO2排放排放约约4g/100Km!2010-4-716散热系统的匹配散热系统的匹配Step2:匹配合适的风扇总成匹配
12、合适的风扇总成风扇风扇1与风扇与风扇2相比，风扇相比，风扇1的最大的最大效率高于风扇效率高于风扇2最大工作效率；最大工作效率；在工作点的处（在工作点的处（150Pa），），风扇风扇1的效率约为风扇的效率约为风扇2效率的一半；效率的一半；选择风扇选择风扇2是更优的选择。是更优的选择。水箱和电子风扇匹配电机和风扇匹配风扇风扇1风扇风扇2结论：结论：不能单独的选择风扇总成，在确定水箱与风扇性能要求前必须进行不能单独的选择风扇总成，在确定水箱与风扇性能要求前必须进行风扇与水箱的匹配，匹配的结果会极大地影响冷却模块的效率。风扇与水箱的匹配，匹配的结果会极大地影响冷却模块的效率。水箱水箱2010-4-71
13、7风扇的选择风扇的选择根据数据库中各类风扇的特性，选择满足几何条件的合适的风扇；根据数据库中各类风扇的特性，选择满足几何条件的合适的风扇；选择其工作转速，如本例中转速约为选择其工作转速，如本例中转速约为2800rpm的单风扇，相应的风机的噪声根据表中数据可以预测为的单风扇，相应的风机的噪声根据表中数据可以预测为78分贝左右。分贝左右。2010-4-718风扇和电机的匹配风扇和电机的匹配MotorEfficiency=PsPinFanEfficiency =PfPsOverallEfficiency =Pf Pin 典型值典型值MotorEfficiency:BrushType55%to75%F
14、anEfficiency:AxialFlow30%to55%OverallEfficiency:FanModule25%to40%SPEED(R.P.M.)CURRENT(AMPS)FANLINECURRENTSPEEDS1TORQUET1I12010-4-719AMPS/SPEEDTORQUELOWSPEEDFANCURVECURRENTHIGHSPEED+-AB电机调速一：电机调速一：MotorswithResistorsAdvantages/Disadvantages(+/-)+TargetSpeedscanbeachieved+EfficientHighSpeed/-Inefficie
15、ntLowSpeed+ProvenWarrantyRecord(InProductionfor16years)2010-4-720TORQUELOWSPEEDFANCURVEHIGHSPEEDAMPS/SPEEDVoltsPWMOutputtimeAverage+PWMControllerInputControlSignalOutput-电机调速二：电机调速二：PulseWidthModulation(PWM)Advantages/Disadvantages(+/-)+Targetspeed/multiplespeeds+EfficientHighSpeed,ModerateEfficienc
16、yLowSpeed+Canbeaddedtoexistingmotor+Caneliminatemotorrelays-Requirescontrolsignal-Addedcomponent-CostofElectronics-EMCconcerns(duetoswitching)2010-4-721ContentMotorBasicCFMBasicDesignofCFMsystemTechnictrendofCFM2010-4-7221.PerformanceRequirementsCurrentSpecs(asVDA)prescribea500hsalt-spraytest,moreth
17、andoublingthepreviousrequirements.brushcommutationatitslimits(andbeyond!)2.E-carsWater-cooledbatteriesrequireansubstantiallyhigherruntime(morethan15Kh)onlyachievablebyelectroniccommutation3.EconomyGeneraldemandformoreefficientvehicles:BLabout20%moreefficientthanbrushattypicalworkingconditionsfuelsav
18、ings,carcomponentsdownsizing4.EnvironmentLessCO2emission,avoidanceofcarbondustpollutionMorestringentEMCrequirementsTrendsintheCFMbusinessArgumentsforBrushlessDrives2010-4-723EmergingMarketsMicroCarsMatureMarkets(CO2)Small-LuxuryCarsBroseInnovation:IntroductionoftheBrushlessBBL1plus200-400WBroseModul
19、arConcept:OneShroudforallPowerLevelsG5.4/.6+IRBL2.5400-1000WCFM-ProductSharesForecastWorldwideSharespermotortypein%2010-4-724ComparisonBrushMotorstoBrushlessMotorsEfficiencyConsiderations3040506070800,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0normalizedtorqueefficiency%ResistancecontrolledbrushmotorPWMcontrolledbrushmotorBrushlessmotor(IRBL)20%gapBrushless10%moreefficient50%gappartialloadregimefullloadregime2010-4-725ProductPortfolioWemakemotorsdrivetheworld!我们用电机推动世界我们用电机推动世界!Thankyouforyourattention!
