1. Sources de production de chaleur et importance de la dissipation thermique
En tant qu'appareil à charge élevée et fonctionnant par intermittence, un pompe à air électrique de voiture (CEV) génère une chaleur importante pendant le fonctionnement en raison de ses composants principaux. Les principales sources de chaleur comprennent :
Chaleur du moteur : lorsque le courant circule dans les enroulements du moteur, un chauffage Joule est généré en raison de la résistance. C'est la principale source de chaleur.
Friction du piston : Le mouvement alternatif à grande vitesse entre le piston et la paroi du cylindre à l’intérieur du cylindre génère de la chaleur de friction.
Chaleur de compression du gaz : Selon les principes de la thermodynamique, la température du gaz augmente fortement lorsqu’il est comprimé. L'air chaud et comprimé chauffe le cylindre et les conduites d'air.
Une dissipation thermique efficace est essentielle pour garantir des performances stables et prolonger la durée de vie du CEV. L'accumulation de chaleur peut entraîner une réduction de l'efficacité du moteur, un vieillissement de l'isolation des bobines et même déclencher des arrêts pour surchauffe, ce qui a de graves conséquences sur l'expérience utilisateur et la fiabilité du produit.
2. Technologie de dissipation thermique de base
La technologie de dissipation thermique des pompes à air CEV se concentre principalement sur le transfert efficace de la chaleur des composants internes vers l'environnement externe.
1. Optimisation structurelle
Cylindre et culasse en métal : les cylindres et les culasses sont fabriqués à partir de matériaux métalliques hautement conducteurs thermiquement, tels que l'alliage d'aluminium ou l'alliage de cuivre. Les métaux ont une conductivité thermique beaucoup plus élevée que les plastiques techniques, ce qui leur permet de dissiper rapidement la chaleur générée par le piston et la compression.
Conception du dissipateur thermique : des ailettes sont intégrées sur la surface extérieure du cylindre ou sur les zones clés génératrices de chaleur du corps du moteur. Ces ailettes améliorent considérablement l'efficacité de la convection thermique en augmentant la surface de contact avec l'air extérieur. Le nombre, la hauteur et l’espacement des ailettes sont soigneusement conçus pour obtenir une dissipation thermique optimale par convection.
Conception bicylindre/multicylindre : par rapport aux pompes monocylindres, les pompes bicylindres répartissent la consommation électrique totale sur deux cylindres, réduisant ainsi la charge thermique instantanée sur un seul cylindre. De plus, l’espace entre les deux cylindres facilite la circulation de l’air et disperse les sources de chaleur.
2. Système de refroidissement par air actif
Ventilateur de refroidissement intégré : La plupart des pompes à air électriques de milieu à haut de gamme pour voitures intègrent un ou plusieurs ventilateurs à grande vitesse. Ces ventilateurs sont généralement placés à proximité du moteur ou du cylindre, aspirant de force l'air frais de l'extérieur, le soufflant sur les composants générant de la chaleur, puis évacuant l'air chaud. C'est la méthode de refroidissement la plus directe et la plus efficace.
Conception des conduits d'air et du flux d'air : des conduits d'air dédiés sont intégrés dans le boîtier de la pompe. Les ingénieurs utilisent des simulations CFD (Computational Fluid Dynamics) pour optimiser le chemin du flux d'air du ventilateur, garantissant un flux précis à travers les enroulements du moteur, les roulements et les parois des cylindres, évitant ainsi les zones mortes de perte de chaleur.
3. Gestion et protection thermique intelligentes
En plus de la dissipation purement physique de la chaleur, les pompes à air électriques modernes pour voitures s'appuient également sur une technologie électronique intelligente pour la gestion thermique.
Thermistance/capteur de température : des thermistances PTC/NTC ou des capteurs de température numériques sont installés à des endroits clés sur les enroulements du moteur, le PCBA ou le cylindre. Ces capteurs surveillent la température interne de la pompe à air en temps réel.
Protection contre la surchauffe : lorsque la température interne atteint un seuil prédéfini (par exemple 105°C ou 120°C), la puce de contrôle intelligente (MCU) coupe immédiatement l'alimentation du moteur, déclenchant un arrêt automatique. Cela évite les dommages dus à la surchauffe et garantit la sécurité de l'utilisateur et la durabilité du produit.
Modulation de largeur d'impulsion PWM : dans certaines pompes à air à moteur sans balais hautes performances, le contrôleur ajuste dynamiquement le cycle de service PWM du moteur en fonction du retour du capteur de température. Tout en maintenant l'efficacité de gonflage de base, il réduit de manière appropriée la puissance du moteur, supprimant ainsi l'accumulation rapide de chaleur et prolongeant la durée de fonctionnement continu.
IV. Optimisation des matériaux et des interfaces
Matériaux d'isolation à haute résistance à la chaleur : l'utilisation de fils émaillés résistants aux hautes températures et de matériaux d'isolation de classe H ou de classe F (résistance à la température maximale de 180 °C ou 155 °C) garantit que le moteur ne subit pas de rupture d'isolation ou de courts-circuits dans des environnements à haute température, améliorant ainsi la fiabilité de la pompe à air.
Matériau d'interface thermique (TIM) : de la graisse thermique ou des tampons thermiques peuvent être utilisés entre certains composants (tels que l'interface entre les transistors de puissance et les dissipateurs de chaleur sur un PCBA) pour minimiser la résistance thermique de contact et assurer un transfert de chaleur efficace vers la structure de dissipation thermique.
Boîtier en polymère : même si le boîtier est en plastique technique, des matériaux composites PA ou PC/ABS hautement ignifuges avec une Tg (température de transition vitreuse) élevée sont sélectionnés pour garantir que le boîtier ne se déforme pas ou ne ramollit pas lors d'un fonctionnement prolongé à haute température.
