1. Nguồn sinh nhiệt và tầm quan trọng của tản nhiệt
Là một thiết bị có tải trọng cao, hoạt động không liên tục, máy bơm hơi điện ô tô (CEV) tạo ra nhiệt đáng kể trong quá trình hoạt động do các thành phần cốt lõi của nó. Các nguồn nhiệt chính bao gồm:
Nhiệt động cơ: Khi dòng điện chạy qua cuộn dây động cơ, nhiệt lượng Joule được tạo ra do điện trở. Đây là nguồn nhiệt chính.
Ma sát Piston: Chuyển động tịnh tiến tốc độ cao giữa piston và thành xi lanh bên trong xi lanh tạo ra nhiệt ma sát.
Nhiệt nén khí: Theo nguyên lý nhiệt động lực học, nhiệt độ của khí tăng mạnh khi bị nén. Không khí nóng, nén làm nóng xi lanh và ống dẫn khí.
Tản nhiệt hiệu quả là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất ổn định và kéo dài tuổi thọ của CEV. Sự tích tụ nhiệt có thể dẫn đến giảm hiệu suất của động cơ, lão hóa cách điện cuộn dây và thậm chí gây ra tình trạng tắt máy quá nóng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến trải nghiệm người dùng và độ tin cậy của sản phẩm.
2. Công nghệ tản nhiệt lõi
Công nghệ tản nhiệt cho máy bơm không khí CEV chủ yếu tập trung vào việc truyền nhiệt hiệu quả từ các bộ phận bên trong ra môi trường bên ngoài.
1. Tối ưu hóa cấu trúc
Xi lanh và đầu xi lanh kim loại: Xi lanh và đầu xi lanh được chế tạo từ vật liệu kim loại dẫn nhiệt cao, chẳng hạn như hợp kim nhôm hoặc hợp kim đồng. Kim loại có độ dẫn nhiệt cao hơn nhiều so với nhựa kỹ thuật, cho phép chúng tản nhiệt nhanh chóng do piston và lực nén tạo ra.
Thiết kế tản nhiệt: Các cánh tản nhiệt được tích hợp vào bề mặt bên ngoài của xi lanh hoặc các khu vực sinh nhiệt chính của thân động cơ. Những cánh tản nhiệt này cải thiện đáng kể hiệu quả đối lưu nhiệt bằng cách tăng diện tích tiếp xúc với không khí bên ngoài. Số lượng, chiều cao và khoảng cách của các cánh tản nhiệt được thiết kế cẩn thận để đạt được khả năng tản nhiệt đối lưu tối ưu.
Thiết kế đôi/nhiều xi-lanh: So với máy bơm xi-lanh đơn, máy bơm xi-lanh đôi phân bổ tổng công suất tiêu thụ qua hai xi-lanh, giảm tải nhiệt tức thời trên một xi-lanh đơn. Hơn nữa, không gian giữa hai xi lanh tạo điều kiện cho luồng không khí lưu thông và phân tán các nguồn nhiệt.
2. Hệ thống làm mát không khí chủ động
Quạt làm mát tích hợp: Hầu hết các máy bơm không khí điện từ trung đến cao cấp dành cho ô tô đều tích hợp một hoặc nhiều quạt tốc độ cao. Những chiếc quạt này thường được đặt gần động cơ hoặc xi lanh, hút không khí mát từ bên ngoài vào, thổi qua các bộ phận sinh nhiệt và sau đó xả hết khí nóng. Đây là phương pháp làm mát trực tiếp và hiệu quả nhất.
Thiết kế ống dẫn khí và luồng khí: Các ống dẫn khí chuyên dụng được tích hợp vào vỏ máy bơm. Các kỹ sư sử dụng mô phỏng CFD (Động lực học chất lỏng tính toán) để tối ưu hóa đường dẫn luồng khí của quạt, đảm bảo luồng khí chính xác đi qua cuộn dây động cơ, vòng bi và thành xi lanh, tránh các vùng chết mất nhiệt.
3. Quản lý và bảo vệ nhiệt thông minh
Ngoài khả năng tản nhiệt hoàn toàn về mặt vật lý, máy bơm hơi điện hiện đại dành cho ô tô còn dựa vào công nghệ điện tử thông minh để quản lý nhiệt.
Cảm biến nhiệt độ/điện trở nhiệt: Điện trở nhiệt PTC/NTC hoặc cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số được lắp đặt ở các vị trí quan trọng trên cuộn dây động cơ, PCBA hoặc xi lanh. Những cảm biến này theo dõi nhiệt độ bên trong của máy bơm không khí theo thời gian thực.
Bảo vệ quá nhiệt: Khi nhiệt độ bên trong đạt đến ngưỡng đặt trước (ví dụ: 105°C hoặc 120°C), chip điều khiển thông minh (MCU) sẽ ngay lập tức cắt điện cho động cơ, kích hoạt tự động tắt. Điều này ngăn ngừa hư hỏng do quá nhiệt và đảm bảo an toàn cho người dùng cũng như độ bền của sản phẩm.
Điều chế độ rộng xungPWM: Trong một số máy bơm không khí có động cơ không chổi than hiệu suất cao, bộ điều khiển tự động điều chỉnh chu kỳ hoạt động của động cơ dựa trên phản hồi của cảm biến nhiệt độ. Trong khi duy trì hiệu quả bơm hơi cơ bản, nó làm giảm công suất động cơ một cách thích hợp, từ đó ngăn chặn sự tích tụ nhiệt nhanh chóng và kéo dài thời gian hoạt động liên tục.
IV. Tối ưu hóa vật liệu và giao diện
Vật liệu cách nhiệt chịu nhiệt cao: Sử dụng dây tráng men chịu nhiệt độ cao và vật liệu cách điện loại H hoặc loại F (khả năng chịu nhiệt độ tối đa 180°C hoặc 155°C) đảm bảo rằng động cơ không gặp hiện tượng hư hỏng cách điện hoặc đoản mạch trong môi trường nhiệt độ cao, từ đó cải thiện độ tin cậy của máy bơm không khí.
Vật liệu giao diện nhiệt (TIM): Có thể sử dụng mỡ nhiệt hoặc miếng đệm nhiệt giữa một số bộ phận nhất định (chẳng hạn như giao diện giữa bóng bán dẫn điện và tản nhiệt trên PCBA) để giảm thiểu điện trở nhiệt tiếp xúc và đảm bảo truyền nhiệt hiệu quả đến cấu trúc tản nhiệt.
Vỏ polyme: Ngay cả khi vỏ được làm bằng nhựa kỹ thuật, vật liệu composite PA hoặc PC/ABS có khả năng chống cháy cao với Tg cao (nhiệt độ chuyển thủy tinh) được chọn để đảm bảo vỏ không bị biến dạng hoặc mềm khi hoạt động ở nhiệt độ cao kéo dài.
