三合一电驱动系统的"呼吸器" | 防尘防水防接触

导语：前面我们在小明的带领下，了解了电驱动系统的IP防护——"新能源电驱系统标准解读与拓展：防尘防水防接触"，今天我们进一步聊聊这里面的核心部件：动力总成的呼吸器——通气塞。

今天，我们就在IP防护的基础上，进一步聊聊三合一电驱系统的"呼吸器"——通气塞。

1. 电机电控"呼吸器"的选择

2. 减速器"呼吸器"的选择与布置

1. 电机电控"呼吸器"的选择

动力总成在高温环境或者加载运行时，会因为发热导致内部气体的热膨胀，产生内外压差；同时，要保证在温度骤降时，产生的冷凝液态或者雾状水汽不能通过，从而满足防水透气的功能。因此，对于电机电控系统，会在壳体上安装通气塞，以实现系统的气压平和和防水防尘。 那么，要怎么根据系统特性挑选合适的通气塞呢？

根据上文描述，可以知道通气塞的选择有以下几个关键指标： 通气量、防护等级、环境适应性。

01 通气量的确认

通气塞的通气量是由 透气膜 来决定，通气膜的 孔隙率 是决定通气量的关键。就像我们发馒头，如果没发好，里面没孔不透气，如果孔隙太大，则会漏水。所以好的通气膜需要有好的空隙率和均匀的孔径。所以，不要再根据通气塞的尺寸大小来确认通气量的大小了哦！

微观上是这么一回事，那么宏观上如何判断呢？换句话说， "我怎么知道你通气量是多少呢？"。

我们知道，装"呼吸器"的目的是为了保持所装腔体的气压平衡，避免压力差。所以，只要把握住 <腔体在单位时间的气体压力变化量=单位时间"呼吸器"的通气量> 就好啦！

首先，1) 我们需要了解产品腔体几个特性：空腔体积、温度变化多少、多长时间有这个变化？然后，2) 再根据通气塞的技术参数计算获得其通气率。

举例说明： 腔体在20min内由29℃升至49℃，温升20℃，那么，有效调节的空间体积极限是多少（腔体放在室外）？

1) 根据密闭腔体气体平衡公式：

P=V/T*常数(T 为绝对温度，273+C) ①

P0*V0/T0 =P1*V1/T1=常数 ②

当系统装上"呼吸器"时，"呼吸器"通过吸入和排出气体来抵消压力变化造成的影响。根据P1=P0,可以获得需要吸入和排出的气体量，从而计算出最大需求的通气能力。

那么，上述公式变形为:

V0/T0=VI/TI=常数 ③

所以当温度变化时：

V1=V0*T1/T0 ④

V1=V0*(273+49)/(273+29)=322/302*V0=1.066V0 ⑤

即温升至49℃时，需排出0.066V0 升的空气。

2) "呼吸器"特征曲线如下：

假设"呼吸器"从7000Pa 时才 开始工作，则呼吸器在20min内可以排放260ml*20min=5.2升气体。根据上述计算，在20min内，需排放的气体是0.066V0，膜可透过的气体是5.2 升。0.066*V0=5.2，V0=78.78L （V0 为设备容积，单位为升）。综上，我们就可以根据空腔容积和温度变化计算出匹配通气量的"呼吸器"。

注意：一般情况下选用通气量大的产品会降低防水级别，但实际上，"呼吸器"压差达到25pa就会工作了，不会仅 7000Pa 才开始工作的。

02 防护等级的选择

通气量并不是越大越好，这个我们从前文中也可窥见一斑，因为我们同步要考虑IP防护的问题。关于IP防护的等级的介绍，可参见之前的文章：新能源电驱系统标准解读与拓展：防尘防水防接触，这里不做赘述。

03 环境适应性的选择

环境适应性一般是指耐温度变化、抗UV 效果、跌落、盐雾，以及遇湿透气性。其中， 耐温度变化、抗UV 效果、跌落、盐雾 几项都可以通过材料选择材质实现，比如采用好的塑胶如尼龙加玻纤材质、采用金属铜镀镍材质、采用氧化铝材质，下图是采用这些材质的通气塞外观；而 遇湿透气性 就需要有一定的测试手段了，之所以说这个重要，因为我们户外使用的东西难免被水淋到，遇到水以后如果就不透气了，那是相当危险了，本来有水的时候伴随气温的变化最需要呼吸，这个时候不通气无异于掐了脖子。所以需要验证遇到水的透气问题，就是在浸泡后再测其通气效果，如果衰减很厉害，比如超过30%，那就比较严重。

2. 减速器"呼吸器"的选型与布置

起因： 减速器在实际工作时，箱内齿轮在大负荷、高速旋转下，箱内温度快速升高（三合一也会受到电机热辐射的影响），使箱内润滑油产生蒸汽；同时因为油液的高沸点特性，油液更多是以泡沫化的形式存在，充满箱体空间，导致箱内压力升高。

结果： 如果所产生的热量和油蒸汽不能及时排出，导致各密封界面都承受这个压力的冲击，往往在最薄弱处油气冲出而产生泄漏，特别是转子轴-减速器输入轴处高速油封两侧的压力平衡问题。一旦发生泄漏，就会形成一条通道，使泄漏愈来愈严重。润滑油渗漏后，会造成齿轮润滑油量短缺，产生齿轮及轴承等零件的早期磨蚀损坏，缩短变速器的使用寿命。

措施：

考虑到上述这些问题，减速器通气塞从下面四个方向做工作:

1) 通气塞的选型

2) 通气塞的布置位置

3) 壳体的迷宫结构设计

4) 通气塞冒油试验验证：不同转速工况、不同转角位置

（对于电机减速器共壳体三合一系统，冒油试验必选项）

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