1. Quellen der Wärmeerzeugung und die Bedeutung der Wärmeableitung
Als hochbelastetes, intermittierend arbeitendes Gerät, a Elektrische Luftpumpe fürs Auto (CEV) erzeugt aufgrund seiner Kernkomponenten im Betrieb erhebliche Wärme. Zu den wichtigsten Wärmequellen zählen:
Motorwärme: Wenn Strom durch die Motorwicklungen fließt, wird aufgrund des Widerstands Joulesche Wärme erzeugt. Dies ist die primäre Wärmequelle.
Kolbenreibung: Die schnelle Hin- und Herbewegung zwischen dem Kolben und der Zylinderwand im Zylinder erzeugt Reibungswärme.
Gaskompressionswärme: Nach den Prinzipien der Thermodynamik steigt die Temperatur eines Gases beim Komprimieren stark an. Die komprimierte, heiße Luft erwärmt den Zylinder und die Luftleitungen.
Eine effektive Wärmeableitung ist entscheidend für die Gewährleistung einer stabilen Leistung und die Verlängerung der Lebensdauer des CEV. Wärmestau kann zu einer verringerten Motoreffizienz, einer Alterung der Spulenisolierung und sogar zu Überhitzungsabschaltungen führen, was die Benutzererfahrung und die Produktzuverlässigkeit erheblich beeinträchtigt.
2. Kernwärmeableitungstechnologie
Die Wärmeableitungstechnologie für CEV-Luftpumpen konzentriert sich in erster Linie auf die effiziente Übertragung der Wärme von den internen Komponenten an die äußere Umgebung.
1. Strukturoptimierung
Metallzylinder und Zylinderkopf: Zylinder und Zylinderköpfe bestehen aus hochwärmeleitenden Metallmaterialien wie einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung. Metalle haben eine viel höhere Wärmeleitfähigkeit als technische Kunststoffe, sodass sie die durch den Kolben und die Kompression erzeugte Wärme schnell ableiten können.
Kühlkörperdesign: Rippen sind in die Außenfläche des Zylinders oder wichtige wärmeerzeugende Bereiche des Motorgehäuses integriert. Diese Lamellen verbessern die Effizienz der Wärmekonvektion erheblich, indem sie die Kontaktfläche mit der Außenluft vergrößern. Anzahl, Höhe und Abstand der Lamellen sind sorgfältig ausgelegt, um eine optimale Konvektionswärmeableitung zu erreichen.
Doppel-/Mehrzylinder-Design: Im Vergleich zu Einzylinderpumpen verteilen Doppelzylinderpumpen den gesamten Stromverbrauch auf zwei Zylinder und reduzieren so die momentane Wärmebelastung eines einzelnen Zylinders. Darüber hinaus erleichtert der Raum zwischen den beiden Zylindern die Luftzirkulation und verteilt Wärmequellen.
2. Aktives Luftkühlsystem
Integrierter Lüfter: Die meisten elektrischen Luftpumpen der mittleren bis oberen Preisklasse für Autos verfügen über einen oder mehrere Hochgeschwindigkeitslüfter. Diese Lüfter werden normalerweise in der Nähe des Motors oder Zylinders platziert, saugen kühle Luft von außen an, blasen sie über wärmeerzeugende Komponenten und blasen dann die heiße Luft ab. Dies ist die direkteste und effektivste Kühlmethode.
Luftkanal- und Luftstromdesign: Spezielle Luftkanäle sind in das Pumpengehäuse integriert. Ingenieure nutzen CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics), um den Luftstrompfad des Lüfters zu optimieren und so eine präzise Strömung über die Motorwicklungen, Lager und Zylinderwände sicherzustellen und tote Zonen durch Wärmeverlust zu vermeiden.
3. Intelligentes Wärmemanagement und Schutz
Moderne elektrische Luftpumpen für Autos setzen neben der rein physikalischen Wärmeableitung auch auf intelligente Elektroniktechnik für das Thermomanagement.
Thermistor/Temperatursensor: PTC/NTC-Thermistoren oder digitale Temperatursensoren werden an wichtigen Stellen der Motorwicklungen, der PCBA oder des Zylinders installiert. Diese Sensoren überwachen die Innentemperatur der Luftpumpe in Echtzeit.
Überhitzungsschutz: Wenn die Innentemperatur einen voreingestellten Schwellenwert erreicht (z. B. 105 °C oder 120 °C), unterbricht der intelligente Steuerchip (MCU) sofort die Stromversorgung des Motors und löst eine automatische Abschaltung aus. Dies verhindert Schäden durch Überhitzung und gewährleistet die Sicherheit des Benutzers und die Haltbarkeit des Produkts.
PWM-Pulsweitenmodulation: Bei einigen leistungsstarken Luftpumpen mit bürstenlosem Motor passt der Controller den PWM-Arbeitszyklus des Motors basierend auf der Rückmeldung des Temperatursensors dynamisch an. Unter Beibehaltung der grundlegenden Aufblaseffizienz wird die Motorleistung entsprechend reduziert, wodurch eine schnelle Wärmeansammlung unterdrückt und die Dauerbetriebszeit verlängert wird.
IV. Material- und Schnittstellenoptimierung
Hochhitzebeständige Isoliermaterialien: Durch die Verwendung von hochtemperaturbeständigem Lackdraht und Isoliermaterialien der Klasse H oder F (maximale Temperaturbeständigkeit von 180 °C oder 155 °C) wird sichergestellt, dass der Motor in Umgebungen mit hohen Temperaturen keinen Isolationsdurchbruch oder Kurzschluss erleidet, wodurch die Zuverlässigkeit der Luftpumpe verbessert wird.
Thermal Interface Material (TIM): Wärmeleitpaste oder Wärmeleitpads können zwischen bestimmten Komponenten (z. B. der Schnittstelle zwischen Leistungstransistoren und Kühlkörpern auf einer PCBA) verwendet werden, um den Kontaktwärmewiderstand zu minimieren und eine effiziente Wärmeübertragung auf die Wärmeableitungsstruktur sicherzustellen.
Polymergehäuse: Auch wenn das Gehäuse aus technischem Kunststoff besteht, werden hochflammhemmende PA- oder PC/ABS-Verbundmaterialien mit einer hohen Tg (Glasübergangstemperatur) ausgewählt, um sicherzustellen, dass sich das Gehäuse bei längerem Hochtemperaturbetrieb nicht verformt oder weich wird.
