MÔ PHỎNG sự ẢNH HƯỞNG của NHIỆT độ TRONG QUÁ TRÌNH làm VIỆC của BÁNH RĂNG HARMONIC bên TRONG môtơ kéo TRÊN XE LAI điện

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

MÔ PHỎNG SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TRONG QUÁ TRÌNH LÀM
VIỆC CỦA BÁNH RĂNG HARMONIC BÊN TRONG MÔTƠ KÉO
TRÊN XE LAI ĐIỆN
SIMULATION OF INFLUENCE OF TEMPERATURE OF HARMONIC MAGNETIC
GEARS IN TRACTION MOTORS FOR HEVS
Phạm Minh Mận*a, Hồ Trần Anh Ngọc*b, Nguyễn Phú Sinh*c
Khoa Cơ khí, Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
a
; ;

TÓM TẮT
Với công nghệ của xe lai điện được phát triển gần đây, việc sử dụng các loại mô tơ điện
có bố trí bánh răng harmonic bên trong để đáp ứng điều kiện làm việc liên tục khi thay đổi tốc
độ của xe là một ý tưởng mới. Mặt khác, một số ứng dụng của bánh răng harmonic đã được
nghiên cứu dựa vào quá trình động lực học, vật liệu chế tạo, và hiệu quả năng lượng dưới điều
kiện làm việc kết hợp hay độc lập của xe. Trong điều kiện làm việc của các mô tơ kéo bố trí
trong xe điện, nó làm nguồn động lực chính nên đóng vai trò quan trọng nhất để vận hành xe
điện trong các chế độ khác nhau dưới tác dụng và ảnh hưởng của nhiệt độ. Dưới góc độ xem
xét những ảnh hưởng do nhiệt độ từ các thông số như trường nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ chuyển
động trong quá trình chuyển động của mô tơ kéo trên xe lai điện được mô phỏng và đánh giá.
Kết quả sau khi phân tích cho thấy rằng quá trình hoạt động của các bánh răng harmonic được
tối ưu khi xét đến nhiệt độ đầu vào một cách tương đối và việc xem xét để ứng dụng trong các
mô tơ kéo trên xe điện là cần thiết.
Từ khóa: xe lai điện, bánh răng harmonic, hiệu quả năng lượng, mô tơ kéo, ảnh hưởng
của nhiệt độ

ABSTRACT
With the development of hybrid electric vehicles, the use of harmonic driver gears in
electric motors to meet the conditions in which electric vehicles operate continuously when

changes speed has been a novel idea. Several applications of harmonic magnetic gears have
been investigated based on aerodynamics, material manufacturing, and energy efficiency
under conditions of combined or independently operation. During operation, traction motors
inside electric vehicles provide the main source of power to run electric vehicles under
different working modes and under temperature impacts. The movement of traction motors
inside hybrid electric vehicles has been simulated and evaluated with a consideration of
temperature impacts indicated by such parameters as temperature fields, humidity, and
velocity. Analysis results have shown that the operation of harmonic magnetic gears is
optimized when input temperatures are taken into consideration. The results have suggested
that it is necessary to consider applications in traction motors in electric vehicles.
Keywords: Hybrid Electric Vehicles (HEVs), Harmonic Magnetic Gears (HMG),
energy efficiency, traction motors, influence of temperature

1. GIỚI THIỆU
Trong xe lai điện hay xe điện, việc thay thế mô tơ kéo để thực hiện chuyển đổi năng
lượng được bố trí trong hệ thống truyền lực kết hợp trên ô tô chiếm tỉ lệ lớn, mô tơ kéo được
bố trí và sử dụng để thực hiện tiết kiệm năng lượng và hiệu quả làm việc của ô tô. Trong hệ
349


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
thống truyền lực, các bộ phận cơ khí truyền mô men và tốc độ của bánh xe có những hạn chế
như dễ hao mòn, tiếng ồn lớn, kích thước cồng kềnh, tổn thất năng lượng lớn, khối lượng lớn
và khả năng truyền giữa các bánh răng rất phức tạp. Các nghiên cứu liên quan đến mô tơ kéo
có bánh răng từ trường và máy truyền động từ tính cho thấy khả năng phát triển để ứng dụng
mô tơ kéo có bánh răng này đáp ứng trong xe điện để thay thế cho bộ truyền động là cần thiết
[1,2]. Trong mô tơ kéo có nhiều loại khác nhau, nhưng bánh răng từ trường hoạt động như cơ
cấu bánh răng từ trường (Harmonic Magnetic Gear-HMG) được thực hiện để nghiên cứu và
đánh giá trong bài báo này là một trong những loại có khả năng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ khá
lớn do nhiều yếu tố khác nhau. Với bánh răng HMG, quá trình làm việc được bố trí trong xe

lai điện hoặc xe điện có thể truyền được mô men xoắn lớn, đáp ứng được hiệu quả truyền
động và ứng dụng trong hộp số hoặc mô tơ kéo để giảm khí thải sinh ra so với dùng động cơ
đốt trong.
Bên cạnh đó, việc sử dụng bánh răng HMG kết hợp trong các xe lai điện được thiết kế
theo các kiểu cơ khí trước kia được phát triển với tỉ số truyền lớn, khả năng truyền động rất
phức tạp khi điều khiển cũng như bảo dưỡng dể dàng để nâng cao tuổi thọ. Các nghiên cứu
[3,4] đề xuất các hướng điều khiển dòng điện, chọn vật liệu, kể cả mô hình hóa động lực học
bên trong bánh răng kiểu hành tinh có từ tính bên trong đã chứng minh được nhiều cấp độ
thay đổi theo tỉ số truyền và điều khiển có kiểm soát. Trong quá trình điều khiển, kiểm soát và
quản lý năng lượng điện của mô tơ kéo đối với xe lai điện, gần đây các nghiên cứu cũng đánh
giá cao các yếu tố ảnh hưởng từ nhiệt lượng sinh ra trong các điều kiện làm việc khác nhau
của bộ bánh răng có từ tính. Hơn nữa, báo cáo trước đây [5] thể hiện sự kết hợp giữa nhiệtđiện-cơ cho mô tơ kéo có cơ cấu bánh răng với các khớp được kiểm tra và đánh giá mức độ
ảnh hưởng của từ tính và các đặc tính khác chưa có tính ứng dụng. Những nghiên cứu khác
[6] cũng đã chứng minh bên trong bộ chuyển động của mô tơ kéo có các khe hở ảnh hưởng
đến quá trình truyền động xoáy của dòng điện và nhiệt độ phát sinh bên trong tại các bộ phận
của mô tơ kéo theo các điều kiện phân bố và hiệu quả trao đổi nhiệt trong thiết bị cơ-điệnnhiệt. Ngoài ra có những kết quả nghiên cứu cũng đã thể hiện các phương pháp làm mát mô
tơ khi xe lai điện hoạt động, như khả năng làm mát bằng khí khi sử dụng các thiết bị phụ trợ
làm giảm nhiệt phát ra sau thời gian hoạt động.
Trên cơ sở đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình làm việc của bánh
răng HMG dựa vào điều kiện hoạt động của mô tơ kéo trên xe lai điện, đề tài đã thực hiện kết
hợp với các yếu tố phản ánh tỉ số truyền theo công suất và số vòng quay của mô tơ trong suốt
quá trình làm việc với phương pháp thực hiện quá trình mô phỏng, sau đó thảo luận khả năng
bị ảnh hưởng do nhiệt độ trong quá trình làm việc của bánh răng HMG dưới các điều kiện cho
phép. Dựa vào quá trình tối ưu trong mô phỏng để lựa chọn và chứng minh hiệu suất tương
ứng trong nguyên tắc hoạt động của bộ bánh răng kiểu hành tinh có từ tính bên trong thông qua
hiệu quả chuyển đổi năng lượng điện từ và khả năng thay đổi nhiệt độ trong quá trình hoạt
động. Cùng với các điều kiện cho trước như công suất và tốc độ cho phép của mô tơ kéo, khả
năng bôi trơn và điều kiện biên cho phép của bánh răng HMG, bài viết đã trực tiếp đánh giá
được quá trình làm mát và khả năng thoát nhiệt trong điều kiện nhiệt độ cần thiết dựa vào các
phương pháp lựa chon thực tế khi mô phỏng mô hình lý thuyết 3D. Sự kết hợp đã thể hiện

được: chỗ làm mát, mức độ làm mát, thời gian làm mát và khả năng tập trung phân bố nhiệt
trong các điểm nhỏ của cuộn dây bên trong và khe hở cho phép trong thời gian làm việc đến
điểm kết thúc. Hơn nữa, theo phương pháp phân vùng của cuộn dây, điểm hở của roto và stator
cũng như trục, chúng tôi thực hiện thay đổi nhiệt độ và phân tích đa điểm để loại bỏ được nhiệt
độ ảnh hưởng không cần thiết của cả mô tơ kéo để xác định được hiệu quả truyền nhiệt.
2. MÔ HÌNH BÁNH RĂNG HMG TRONG MÔ TƠ KÉO CỦA XE LAI
2.1. Khả năng ứng dụng của bánh răng HMG trong mô tơ kéo của xe lai
Với các loại ô tô lai điện, mô tơ kéo có nhiều loại và phương án bố trí khác nhau trong
hệ thống truyền lực, trong đó bánh răng từ trường thực hiện nhiệm vụ trong các điều kiện
350


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
nhiệt độ khác nhau khi thay đổi tốc độ và công suất khác nhau. Quá trình cung cấp năng
lượng điện để các bánh xe hoạt động, các mô tơ kéo được chú trọng bởi nó làm việc tiết kiệm
năng lượng và thân thiện với môi trường như trong một báo cáo trước đây [7]. Một số nghiên
cứu khác cũng cho thấy khả năng phát triển của các mô tơ kéo là rất lớn đối với xe lai điện
trong tương lai để tiết kiệm năng lượng [8]. Các nghiên cứu cũng đã đề xuất nhiều chiến lược
công nghệ khai thác xe điện hay xe lai thay thế cho các loại xe truyền thống, mà đi đôi với các
xe lai điện là những động cơ hay mô tơ kéo điện có khả năng làm việc trong các điều kiện ma
sát, nhiệt độ, công suất và số vòng quay cho phép của ô tô khi cần thiết.

Hình 1. Mô hình bố trí mô tơ kéo có bánh răng HMG trong xe lai để truyền động cho
bánh xe
Hình 1 đã thể hiện tổng thể của xe lai điện, với hai mô tơ kéo tại hai bánh xe được bố trí để
truyền động cho xe, mô tơ kéo có bánh răng từ trường và máy truyền động từ tính có khả
năng làm việc với công suất lớn so với các loại xe ô tô thông thường. Ngoài mô tơ kéo, còn có
các chi tiết khác cũng được bố trí trên xe lai gồm: ắc quy, bánh xe, bộ điều khiển, động cơ
điện, động cơ đốt trong, ECU, hệ thống điều khiển điện trong xe lai cũng được thể hiện trong
mô hình bố trí mô tơ kéo được nghiên cứu và ứng dụng tại các chế độ hoạt động khác nhau

khi xe hoạt động. Bên trong của bộ bánh răng điện, các roto và stator có thể di chuyển và tạo
ra nhiệt độ lớn trong khoản thời gian và tốc độ khác nhau. Dựa vào trạng thái và khả năng
hoạt động ổn định, tốc độ của xe, số lượng mô tơ kéo được bố trí tại các bánh xe được điều
khiển để thay đổi tốc độ khi tăng tốc hay giảm tốc đối với mô tơ kéo xét đến các yếu tố liên
quan đến việc sinh nhiệt tại hệ bánh răng HMG.
2.2. Mô phỏng cấu trúc bên trong của mô tơ kéo có bánh răng HMG
Với quá trình làm việc của mô tơ kéo có bánh răng HMG bên trong thì việc truyền động
và sinh nhiệt tại các bộ phận bên trong mô tơ kéo theo số vòng quay, điều kiện nhiệt độ, môi
trường, khả năng bôi trơn được quan tâm.

Hình 2. Cấu tạo bên trong của mô tơ kéo có bánh răng HMG [9]
351


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Bảng 1. Thông số chính của mô tơ kéo [9]
Thông số

STT

Giá trị

01

Công suất

10kW

02

Dòng điện

32A

03

Đường kính mô tơ

275mm

04

Đ/k ngoài stator

234mm

05

Đ/k ngoài trong stator

192.5mm

06

Đ/k ngoài roto ngoài

190.5mm

07

Đ/k trong roto ngoài

157mm

08

Đ/k ngoài roto trong

190,5mm

09

Đ/k trong roto trong

157m

Để giải quyết vấn đề mô phỏng nhiệt độ ảnh hưởng bên trong bánh răng HMG, chúng ta
nhìn thấy hình ảnh 3D được thể hiện trên nền Inventer gồm nhiều chi tiết khác nhau, trong
bảng 2 cũng thể hiện rõ 10 chi tiết với vật liệu và hệ số truyền nhiệt liên quan. Theo các thông
số khác của mô tơ kéo có bánh răng HMG được khảo sát của các nghiên cứu trước đây [9],
mô hình mô phỏng được thể hiện bởi hình 1 và thông số làm việc trong bảng 1. Với đặc điểm
bên trong của các cơ cấu bánh răng HMG mà nhất là các bề mặt tiếp xúc của roto, stator, dây
điện, thì sự ảnh hưởng của nhiệt độ được đánh giá bởi quá trình truyền nhiệt và trao đổi nhiệt
của các kết cấu. Với cấu tạo, hình dáng và điều kiện làm việc của mô tơ kéo, bánh răng HMG
trực tiếp chịu tác dụng, ảnh hưởng do các nhân tố sinh ra như dòng điện, điều kiện mô tơ khi
xe làm việc. Điểm nổi bậc của mô tơ kéo có bánh răng HMG là có cấu tạo và kích thước nhỏ
gọn, giá trị thể hiện trên hình được thống kê trong bảng 1.
Bảng 2. Bảng đặc điểm các loại vật liệu dùng để mô phỏng
STT
Tên chi tiết

Vật liệu Hệ số truyền nhiệt (W/mK)
01

Vỏ mô tơ

C45

50,2

02

Stator

DW310-35

42,5

03

Dây điện stator

Đồng

387

04

Cách điện của stator

05

Bộ tạo từ trường

B30UH

9

06

Roto ngoài

C20

48

07

Roto trong

DW310-35

42,5

08

Dây điện của roto

Đồng

387

09

Cách điện của roto

-

0,044

10

Trục giữa

C45

50,2

0,049

Để phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ tại các chi tiết bên trong những loại bánh răng
HMG, ngoài việc tìm hiểu các chi tiết làm việc bên trong theo điều kiện và có đặc điểm riêng.
Việc phân tích các bánh răng dưới tác dụng của nhiệt độ khi bôi trơn, hoặc có ma sát và nhiệt
độ khắc nghiệt trong quá trình phân bố nhiệt tại bề mặt tiếp xúc cũng được quan tâm tại các
báo cáo [7-9].
352


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Theo các điều kiện khác như: chi tiết bên trong chịu áp lực, tốc độ quay và các phần
được tạo ra nhiệt bởi các giai đoạn làm việc tại bề mặt tạo dòng điện, quá trình làm mát được

phân tích dựa vào đặc điểm của các loại vật liệu có trong các chi tiết bên trong mô tơ kéo.
3. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ CỦA BÁNH RĂNG HMG
3.1. Xây dựng cơ sở lý thuyết để mô phỏng
Sau quá trình thực hiện mô phỏng mô tơ kéo bằng các phần mềm hổ trợ trên giao diện
3D, việc thực hiện chia lưới kết hợp đặt các điều kiện biên và trường làm việc của các trục hệ
tọa độ liên quan làm cơ sở lý thuyết ban đầu. Tiếp theo là các điểm tới hạn của nhiệt độ dựa
vào cơ chế hoạt động, điều kiện môi trường là 25oC, tốc độ mô tơ kéo trung bình với số vòng
quay là 2000 vòng/phút, kích thước thật và chu kỳ làm việc trong thời gian 60 phút. Quá trình
ảnh hưởng của nhiệt độ qua các bộ phận bên trong của mô tơ kéo khi mô phỏng được xác
định trong các trường nhiệt độ của các tọa độ cho phép, trong các trường nhiệt độ cần thiết,
thì bài báo đã sử dụng Định luật 2 Newton và điều kiện giới hạn cho phép là chất lỏng không
nén được, có tính liên tục, không giãn nở trong quá trình làm mát. Theo cơ chế truyền nhiệt
cục bộ và khả năng trao đổi nhiệt toàn phần bên trong các chi tiết liên quan, ta xét đến lý
thuyết về chất lỏng với các phương trình liên quan đến quá trình truyền nhiệt dùng để tính
toán dựa theo [10].
∂u ∂v ∂w
+ +
∂x ∂y ∂z

=0

ρf �u

∂u
∂u
∂u
∂p
∂2 u ∂2 u ∂2 u
+ v + w � = − + µf � 2 + 2 + 2 �
∂x

∂y
∂z
∂x
∂x
∂y
∂z

ρf �u

∂w
∂w
∂w
∂p
∂2 w ∂2 w ∂2 w
+v
+ w � = − + µf � 2 + 2 + 2 �
∂x
∂y
∂z
∂x
∂y
∂z
∂z

∂v
∂v
∂v
∂p
∂2 v ∂2 v ∂2 v
ρf �u + v + w � = − + µf � 2 + 2 + 2 �

∂x
∂y
∂z
∂y
∂x
∂y
∂z
∂Tf
∂Tf
∂Tf
∂2 Tf ∂2 Tf ∂2 Tf
ρf Cp,f �u
+v
+w
� = ks � 2 + 2 + 2 �
∂x
∂y
∂z
∂x
∂y
∂z

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Trong đó: 𝑝𝑝 áp suất bên trong [N/m2], 𝜌𝜌𝑚𝑚 là khối lượng riêng của môi chất [kg/m3], 𝜇𝜇𝑚𝑚
hệ số nhớt của môi chất [N/m2s], 𝐶𝐶𝑝𝑝,𝑚𝑚 nhiệt dung riêng của môi chất [kJ/ kg 0C], k m là hệ số
truyền nhiệt của môi chất [W/m2oC], và phương trình cân bằng năng lượng để thực hiện quá
trình trao đổi nhiệt là [10]:
ρs Cp,s

∂Ts
∂2 Ts ∂2 Ts ∂2 Ts
= ks � 2 + 2 + 2 � + q
∂t
∂x
∂y
∂z

(6)

Với: 𝜌𝜌𝑟𝑟 là khối lượng riêng các chi tiết bên trong mô tơ kéo, 𝐶𝐶𝑝𝑝,𝑟𝑟 nhiệt dung riêng của
môi chất [kJ/ kg 0C], k r là hệ số truyền nhiệt của chi tiết [W/m2oC], 𝑞𝑞̇ là nhiệt lượng sinh ra
trong một đơn vị thể tích [W/m3]. Và để làm mát bên ngoài của mô tơ kéo, sự trao đổi nhiệt
độ giữa các bề mặt các chi tiết với môi chất làm mát được xác định theo biểu thức sau [10]:
∂T
= hr �Ts,r − Tq,r �
(7)
∂x
Trong đó: T r,o là nhiệt độ bên ngoài của các chi tiết trong mô tơ kéo [oC], T m,o là nhiệt
độ bên ngoài của môi chất làm mát [oC] và h o [W/m2oC] là hệ số truyền nhiệt đối lưu bên
ngoài tại bề mặt tiếp xúc của chi tiết với môi chất. Để làm mát bên trong của mô tơ kéo ta xác
định biểu thức sau:

−k

353


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
∂T
= hv �Ts,v − Tq,v �
(8)
∂x
Với: T r,i là nhiệt độ bên trong của các chi tiết trong mô tơ kéo [oC], T m,i là nhiệt độ bên
trong của môi chất làm mát [oC] và h i [W/m2oC] là hệ số truyền nhiệt đối lưu bên ngoài tại bề
mặt tiếp xúc của chi tiết với môi chất.
−k

3.2. Đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ của bánh răng HMG
Khi xét đến sự phân bố nhiệt độ của các chi tiết bên trong mô tơ kéo, ta xét trong một
khoảng cách nào đó giữa các chi tiết bên trong các bánh răng HMG của mô tơ kéo.

Hình 3. Sự tăng nhiệt độ tại các chi tiết của mô tơ kéo tại số vòng quay 2000 vòng/phút
Khoảng cách đó đủ lớn để thực hiện trao đổi nhiệt với môi chất, có các môi chất thực
hiện nhiệm vụ bôi trơn hay làm mát ở các trạng thái cân bằng nhiệt tại các bề mặt tiếp xúc.
Ngược lại, trong một điều kiện cho phép không có chất bôi trơn, không có ma sát, không có
ngoại lực tác động mà chỉ xét đến bánh răng từ trường và máy truyền động từ tính thì cơ sở
phân bố nhiệt độ được phát sinh từ nguồn điện và từ trường là rất lớn. Muốn đánh giá ảnh
hưởng của nhiệt độ đến các bộ phận bên trong từ nguồn điện phát sinh nhiệt, chúng ta phải xét
đến tốc độ cho phép của mô tơ kéo, công suất hoạt động và đặc biệt là thời gian làm việc của
nó trong các giải pháp thoát nhiệt theo từng thời điểm dựa trên các dòng nhiệt phân bố.
Kết quả mô phỏng ban đầu đã đưa ra bốn bộ phận gồm roto ngoài, stator, roto trong và
dây điện được quấn bên trong theo các kiểu bánh răng từ trường và máy truyền động từ tính

của mô tơ kéo. Mức độ ảnh hưởng được đánh giá như sau: Thứ nhất, theo thời gian chạy mô
tơ ở mỗi chu kỳ là 60 phút để thực hiện mô phỏng, nhiệt độ được thay đổi tăng dần từ lúc
dưới 20oC tại một số bộ phận đến nhiệt độ cao nhất gần 160oC; Thứ hai, tại bốn bộ phận được
xét đến trong quá trình làm việc của mô tơ kéo để biến điện năng thành nhiệt năng, và nhiệt
sinh ra tại dây điện là lớn nhất, và sau đó là stator rồi đến hai roto có trong bộ bánh răng
HMG; Thứ ba, dựa vào đồ thị biến thiên nhiệt độ của hai bộ phận gần nhau thì nhiệt độ tăng
theo một cách đồng đều nhau, điều đó chứng tỏ có hiện tượng trao đổi nhiệt khá lớn giữa các
chi tiết trong quá trình làm việc và làm cho nhiệt độ cả hệ thống tăng lên. Cuối cùng chúng tôi
cũng đã đánh giá mức độ phân bố nhiệt tại các vị trí bị ảnh hưởng khi nhiệt độ tăng lên trong
quá trình hoạt động của cả mô tơ kéo. Điều này cũng khẳng định hiệu quả làm việc của cả hệ
thống liên quan có mô tơ kéo cũng bị ảnh hưởng đến năng suất nếu nhiệt độ tăng lên nhanh
chóng, các chi tiết nóng lên làm giảm tuổi thọ của các chi tiết bên trong.
354


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.3. Giải pháp làm mát để giảm nhiệt độ của bánh răng HMG
Trong quá trình đánh giá ảnh hưởng bởi nhiệt độ trong thời gian làm việc kiểu bánh
răng từ trường và máy truyền động từ tính, chúng ta phải xét đến ảnh hưởng do nhiều yếu tố
khác nhau như: thời gian làm việc, tốc độ quay, công suất và khả năng thoát nhiệt tại các bề
mặt cũng như cấu trúc bên trong của mỗi mô tơ kéo.

Hình 4. Các phương thức làm mát để thoát nhiệt cho các chi tiết bên trong mô tơ kéo
Để thực hiện làm mát và giảm nhiệt độ góp phần tăng tuổi thọ cho mô tơ kéo thì quá
trình thoát nhiệt cho các chi tiết bên trong vừa góp phần đảm bảo nâng cao hiệu quả làm việc,
vừa làm nâng cao tính công nghệ của mô tơ kéo. Với ba giải pháp làm mát cho các chi tiết để
thực hiện thoát nhiệt cho mô tơ kéo, bài viết đề cập đến các phương án như sau: dùng quạt gió
(phương pháp cổ điển); cho nước tuần hoàn bên trong vỏ của mô tơ; và cuối cùng là kết hợp
cả hai phương án vừa làm quạt gió vừa cho nước tuần hoàn để góp phần vào giảm nhiệt độ
một cách triệt để nhất. Trong ba phương án này, phương án kết hợp cả nước làm mát và khí từ

quạt gió được thực hiện với hai hướng làm mát, hướng thứ nhất được thực hiện làm mát
quanh vỏ và các áo nước được bố trí xen kẽ bên ngoài stator kể cả roto thông qua các khe làm
mát đã được thiết kế trong hình 2, hướng thứ hai được dòng khí bên ngoài khi sử dụng quạt
làm mát như những mô tơ điện thông thường. Với phương pháp này, dòng khí và nước được
chuyển động chéo nhau, chúng có thể thực hiện quá trình làm mát từ cục bộ đến toàn phần
ứng với số vòng quay khác nhau của mô tơ khi xe lai hoạt động.
Hình 4 thể hiện kết quả của ba phương án làm mát trên, với nhiệt độ của các bộ phận
bên trong của mô tơ kéo có bánh răng HMG đạt giá trị lớn nhất khi chưa làm mát ngay trong
thời gian đầu. Sau thời gian 1 giờ mô tơ kéo hoạt động, nhiệt độ môi trường là 25oC và tốc độ
của mô tơ là 2000 vòng/phút. Các bộ phận bên trong được làm mát với chu kỳ thứ 2. Kết quả
khi làm mát bằng quạt gió nhiệt độ sẽ giảm hơn 50oC và làm mát bằng nước tuần hoàn nhiệt
độ giảm 60oC và nếu kết hợp với cả hai phương pháp thì giảm hơn 80oC so với nhiệt độ ban
đầu là gần 160oC. Xét riêng cho từng bộ phận, các bề mặt tiếp xúc của chúng với môi chất
làm mát là trao đổi nhiệt một cách triệt để giảm nhiệt độ khi cần thiết, ứng với các phương án
làm mát sau thời gian 60 phút thì nhiệt độ của các bộ phận trong khoản 40oC đến 60oC. Tuy
nhiên, nhiệt độ thấp nhất là khoảng 39oC đối với roto ngoài, điều này dể hiểu rằng quá trình
làm mát là triệt để và bộ phận này có sự thoát nhiệt tốt trong phương án làm mát kết hợp vừa
không khí vừa có nước tuần hoàn.
4. KẾT LUẬN
Bài viết đã đánh giá được ảnh hưởng của nhiệt độ tại các bộ phận cần thiết của hệ bánh
răng HMG trên mô tơ kéo khi lựa chọn các thông số thực tế và mô phỏng mô hình lý thuyết
355


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3D. Kết quả mô phỏng bài báo đã đánh giá được các giải pháp làm mát và khả năng thoát
nhiệt trong điều kiện cần thiết như: chỗ làm mát, mức độ làm mát, thời gian làm mát và khả
năng tập trung phân bố nhiệt trong các điểm nhỏ của cuộn dây bên trong và khe hở cho phép
trong thời giam làm việc. Ngược lại, trong một số trường hợp nhiệt độ của các chi tiết là
không đổi và sự ảnh hưởng của các yếu tố khác được bỏ qua trong quá trình mô phỏng, và các

giá trị thực sự của nhiệt độ tại các bề mặt tiếp xúc trong các bộ phận khi việc sử dụng quạt
làm mát không khí và nước tuần hoàn bên trong mô tơ kéo để giảm nhiệt độ cũng như thực
hiện làm mát là một điều kiện thuận lợi cho quá trình thoát nhiệt và trao đổi năng lượng để
giảm mài mòn của các chi tiết bên trong mô tơ kéo khi xe hoạt động.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lingling Gu,Ying Fan; Li Zhang; Ming Cheng; Chau, K.T., “Design and loss analysis of
a new self-decelerating PM in-wheel motor”, Electrical Machines and Systems (ICEMS),
2014 17th International Conference on, Issue Date: 22-25 Oct. 2014.
[2] Lee, Byeong-Hwa; Kim, Sung-Il; Lee, Jeong-Jong; Hong, Jung-Pyo; Park, Chang-Soo,
“Design of an interior permanent magnet synchronous in-wheel for electric vehicles”,
Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2010 International Conference on, Issue
Date: 10-13 Oct. 2010.
[3] Rens, J.; Atallah, K.; Calverley, S. D.; Howe, D. “A novel magnetic harmonic gear”,
Electric Machines & Drives Conference, 2007. IEMDC '07. IEEE International, Issue
Date: 3-5 May 2007.
[4] Rens, Jan; Clark, Richard; Calverley, Stuart; Atallah, Kais; Howe, David, “Design,
analysis and realization of a novel magnetic harmonic gear”, Electrical Machines, 2008.
ICEM 2008. 18th International Conference on, Issue Date: 6-9 Sept. 2008.
[5] Jingang Bai; Yong Liu; Chengde Tong; Luming Cheng; Zhanxi Lin, "Design of a novel
electromagnetic planetary gear used for hybrid electric vehicles”, Electrical Machines
and Systems (ICEMS), 2014 17th International Conference on.
[6] Yee-Pien Yang; Down Su Chuang, "Optimal Design and Control of a Wheel Motor for
Electric Passenger Cars”, Magnetics, IEEE Transactions on, Year: 2007, Volume:
43, Issue: 1, Pages: 51 – 61.
[7] Kim, Dong-Jun; Hong, Do-Kwan; Choi, Jae-Hak, “An Analytical Approach for a High
Speed and High Efficiency Induction Motor Considering Magnetic and Mechanical
Problems”, IEEE Transactions on Magnetics, 2013, Volume 49, Issue 5.
[8] Ehsani, M; Ehsani, M; Yimin Gao, “Hybrid Electric Vehicles: Architecture and Motor
Drives”, Proceedings of the IEEE, 2007, Volume 95, Issue 4.
[9] Jingang Bai, Yong Liu, Yi Sui, Chengde Tong, Quanbin Zhao and Jiawei Zhang,

“Investigation of the Cooling and Thermal-Measuring System of a Compound-Structure
Permanent-Magnet Synchronous Machine”, Energies 2014, 7(3), 1393-1426.
[10] J.P. Holman, Heat Transfer. Tenth Edition, McGraw–Hill International Edition. 2009.
THÔNG TIN TÁC GIẢ
1.

Phạm Minh Mận. Khoa Cơ khí, Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng
Email: Điện thoại: 0983.884.559

2.

Hồ Trần Anh Ngọc. Email: Điện thoại: 0903.583.869

3.

Nguyễn Phú Sinh. Email: Điện thoại: 0905.838.650

356