高性能液压马达-发电机一体化集成单元的突破与优化

液压马达-发电机单元是电气式能量回收系统一个最为重要的关键元件。目前的液压马达-发电机单元一般由分立的液压马达和发电机同轴机械连接，该结构安装复杂且体积庞大，转动惯量较大，不适用于频响要求较高和安装空间有限的挖掘机。目前已有一体化的液压电机泵产品，结构相当紧凑，而液压马达-发电机单元正是其可逆形式。为了满足实际应用的要求，需进一步研究两者的结构集成，开发能量回收专用的液压马达-发电机单元，有效减小安装体积，提高动态响应性能。液压马达-发电机一体化单元一般可以从以下几个方面考虑。

（1）充分发挥液压功率密度比电磁场高的特点

以异步电动机为例，相同功率的异步电动机和液压泵相比，两者的质量比大约为14∶1，而体积比为26∶1，转动惯量比为72∶1。虽然近年来永磁同步电动机技术发展快速，尤其是在功率密度方面已经越来越高，但仍然和液压单元存在一定的差距。

（2）利用液压油对电动机进行冷却(www.xing528.com)

电动机在机动电能量转换过程中所产生的损耗最终转化为电动机各部件的温升，行走工程机械用电动机体积较小、电动机散热环境恶劣，其运行时会产生较高的单位体积损耗，带来严重的温升问题，从而影响电动机的寿命和运行可靠性。改善冷却系统，提高散热能力，降低电动机的温升，提高电动机的功率密度是必须要解决的主要问题。目前最常见的冷却方式有风冷、水冷、蒸发冷却等，对于大功率、小体积或高速电动机通常采用水冷方式。水冷的实质是将电动机的热量通过冷却结构中的水带到外部的散热器，然后散热器通过风冷将热量散到周围环境中，这样解决了电动机本身的散热面积不足、散热周围环境不好等问题。水冷系统能够使电动机维持在较低的温升状态，提高电动机运行可靠性；水冷系统可以使电动机选择更高的电磁负荷，提高材料利用率；此外水冷电动机损耗小、噪声低和振动小，但总的来看水冷技术比较复杂。一个好的水冷系统必须保证电动机能够有效降温，且要保证散热均匀性。另外，水冷系统必须要有较小的压头损耗，从而可以降低水冷系统驱动水系的能耗。

传统的风冷电动机的冷却效果一般，电流密度一般约为5～8A/mm²，因此采用风冷的电动机的体积和质量都较大，噪声也较大。而采用水冷/油冷后，水冷电动机外壳是经过防锈处理后的双层钢板焊接而成的，在外壳夹层内通不断循环的冷却水，把电动机运行时产生的热量几乎全部带走，达到使电动机对外界几乎不散发热量的效果。除电动机的电流密度可以达到8～155A/mm²，电动机的体积和质量都可以更小，噪声也较小。当然，液压马达和发电机一体化后，可以利用液压油对发电机进行冷却，但必须考虑到液压油的粘度较高和液压油容易受污染等特点。