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可靠性与测试 ★ 4.0

铁路牵引电机两相热管理系统概念验证

Proof of Concept of a Two-Phase Thermal Management System for Railway Traction Motors

作者 P. Shams Ghahfarokhi · P. Rasilo · A. J. Marques Cardoso · I. Ušakovs · D. Mishkinis · A. Podgornovs
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2025年6月
技术分类 可靠性与测试
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 环路热虹吸管 铁路牵引电机 热管理系统 性能测试 传热能力
语言:

中文摘要

本文提出采用环路热虹吸管(LTS)作为一种潜在的热管理系统,以取代铁路牵引电机中传统的强制风冷系统。此举旨在解决诸如减小电机尺寸和降低维护成本等问题。环路热虹吸管是一种具有高导热性的两相被动冷却系统,在电动机中尚未得到广泛应用。对环路热虹吸管在不同位置的性能进行实验研究,旨在全面了解不同方位对环路热虹吸管系统及其传热能力的影响。该环路热虹吸管装置按电动机外壳尺寸的1/12进行设计,在470瓦热负荷下以不同倾斜角度进行了测试。根据预先设定的标准对系统在每个位置的性能进行了评估。研究结果表明,环路热虹吸管系统在两个位置无法运行,但在其他方位上总体表现令人满意。

English Abstract

The paper proposes the implementation of a loop thermosiphon (LTS) as a potential thermal management system to replace the conventional forced-air cooling system in railway traction motors. This aims to address issues such as reducing motor sizes and maintenance costs. The LTS, identified as a two-phase passive cooling system with high thermal conductance, has not been widely used in electric motors. The experimental investigation of the LTS performance in various positions aims to provide comprehensive insights into the impact of different orientations on the LTS system and its heat transfer capabilities. The LTS setup, designed at a 1/12 of the electric motor housing, was tested in different inclinations with a heat load of 470 W. The system's performance in each position was evaluated based on predefined criteria. The findings indicate that the LTS system did not operate in two positions, but in other orientations, it demonstrated overall satisfactory performance.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对铁路牵引电机的环路热虹吸(LTS)两相被动冷却技术具有重要的跨领域应用潜力。虽然该研究聚焦于轨道交通领域,但其核心价值在于为高功率密度电力电子设备提供了一种创新的热管理解决方案,这与我司在光伏逆变器、储能变流器及电动汽车驱动系统等核心产品的散热需求高度契合。

该技术的主要价值体现在三个方面:首先,被动式冷却系统可显著降低风机等主动散热部件的使用,这直接对应我司逆变器产品在高温、高海拔及沙漠等恶劣环境下的可靠性提升需求,同时减少维护成本;其次,高导热特性有助于实现功率器件的更优热管理,支持我司产品向更高功率密度方向发展,这对于储能系统的集成化和小型化具有战略意义;第三,无运动部件的设计理念符合新能源设备长寿命、低故障率的行业趋势。

然而,技术成熟度方面仍存在明显挑战。实验显示LTS系统在某些安装角度下无法正常工作,这对于需要灵活布置的光伏逆变器和储能柜而言是关键限制因素。此外,1/12缩比模型的470W热负荷与我司兆瓦级产品的散热需求存在数量级差异,工程放大的可行性需要深入验证。相变工质的长期稳定性、系统的成本经济性以及在振动、倾斜等复杂工况下的表现,都需要进一步研究。

建议我司技术团队关注该技术在中小功率逆变器及电动汽车电机控制器中的应用可能性,作为现有液冷技术的补充方案,并评估与我司现有热管理技术体系的协同潜力。