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Trends in the CFM business
Arguments for Brushless Drives
1. Performance Requirements Current Specs (as VDA) prescribe a 500h salt-spray test, more than doubling the previous requirements. brush commutation at its limits (and beyond!) 2. E-cars Water-cooled batteries require an substantially higher runtime (more than 15 Kh) only achievable by electronic commutation 3. Economy General demand for more efficient vehicles: BL about 20% more efficient than brush at typical working conditions fuel savings, car components downsizing 4. Environment Less CO2 emission, avoidance of carbon dust pollution More stringent EMC requirements
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直流永磁电动机基本结构
转子／电枢
定子 绕组
端盖 电刷组件
绕组电刷
电刷弹簧
刷盒
电刷引线
磁瓦
轴承 机壳
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Motor Equation
电机基本公式
n, I, η
Snlt
+
U
-
I ra Eg
Snl
IS T,S

I0
Til Input power
260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
水箱风阻曲线
水箱1 水箱2
水箱进风温度 ℃ 25~50
水箱出风温度 ℃ 50~85
风冷部分
设定工作点静压 Pa 80~300 风流量m3/h
风冷散热量 k Kal/h
结果验证
方案可行
0
500
1000 1500 2000
电机风扇试验 冷却模块试验 发动机匹配试验

初步设计定型
散热量Qw Qw=k*Ne*0.65
初选电机参数 初选风扇参数 功率，流量，风阻 几何尺寸等
初选水箱参数 初选风扇参数 功率，流量，风阻 几何尺寸等
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
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其中 U
输入电压; I
电流
torque (Nm)
η= Ps/ Pin= 2 * π *S / 60 * T /(U * I )
Content
Motor Basic
CFM Basic
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Function of Engine Cooling Module
500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
风扇1
水箱
风扇2
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Q m3/h
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 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。
Input
+
• Advantages / Disadvantages (+/-)
• + Target speed/multiple speeds • + Efficient High Speed, Moderate Efficiency Low Speed • + Can be added to existing motor • + Can eliminate motor relays • - Requires control signal • - Added component • - Cost of Electronics • - EMC concerns (due to switching)
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Content
Motor Basic
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Motors for Automotive 汽车用电机
01. Headlight Retractor Motor 02. Water Pump Motor 03. Front Windshield Wiper Motor 04. Rear Windshield Wiper Motor 05. Winshield Washer Motor 06. Headlight Washer Pump Motor 07. Door Lock Actuator Motor 08. Power Antenna Motor 09. Window Lift Motor 10. Seat Motor 11. Door-Mirror Motor
23. Blower Motor for Air-Purifier 24. Height Adjusting Motor 25. Motor for ABS 26. Stepping Motor for Idle Speed Control 27. 4WD Def-lock Motor 28. Stepping Motor for Odometer 29. Motor for Auto Drive System 30. Fuel Stop Motor
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电机调速一： Motors with Resistors
• Advantages / Disadvantages (+/-)
• + Target Speeds can be achieved • + Efficient High Speed / - Inefficient Low Speed • + Proven Warranty Record (In Production for 16 years)
Fan Efficiency =
Pf Ps
Pf Pin
CURRENT (AMPS) I1 T1 TORQUE SPEED (R.P.M.) S1
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Overall Efficiency =
典型值
Motor Efficiency: Brush Type 55% to 75% Fan Efficiency: Axial Flow 30% to 55 % Overall Efficiency: Fan Module 25% to 40%
TS
输入功率
T
Pin = U * I (Watts) 根据上面简化图，电路平衡公式： U = I*Ra + Eg 其中： U I Ra Eg Voltage Current Resistance. Counter EMF 电压 电流 电枢内阻 反电势 由于摩擦阻力,风阻,磁阻和内电阻的损耗I2R, 电 机的输出功率小于输入功率: Output power (shaft power) 输出(轴)功率 Ps = 2 * π *S / 60 * T (Watts) 其中: S speed (rpm); T Efficiency 效率
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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； 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78分贝左右。
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风扇和电机的匹配
Motor Efficiency = Ps Pin
例 ：估算110KW 柴油发动机的冷却风扇模块的主要性能参数
发动机功率 类型，型式 散热量 要求
发动机冷却模块校核
发动机功率 Ne KW 发动机类型 是否有增压
发动机部分 散热功率系数 发动机工作点 系数0.5--0.75 散热功率 KW 散热功率 k Kal/h 柴油机 No
110
0.65 0.62 44.3 38,124
A
+
B
Switching Sequence
Low Speed High Speed A ON OFF B OFF ON
AMPS/SPEED
TORQUE FAN CURVE CURRENT HIGH SPEED LOW SPEED
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电机调速二：Pulse Width Modulation (PWM)
2500 3000 3500
4000 4500
Q m3/h
提示：不要认为现成的，装的上就行，就是节省！ 水箱1输出2700立方/小时的风量所需的空气功率为: 2700/3600*220=165 Wa 水箱2所需的功率为 2700/3600*150=112.5Wa 由此可见水箱1需要的风功率相对水箱2 增加了52.5W（47%）， 折算到冷却风扇电机的输入功率， 增加了约175W。 估算增加了CO2排放 约4g/100Km!

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水箱风机匹配
散热系统的匹配
水箱和电 子风扇匹 配 电机和 风扇匹 配