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澳团队打造新型电机,有望提升电动车续航力

2022年9月16日7:09 未解之谜网

    由新南威尔士大学的一个团队设计和制造的新型磁力驱动电机。(Guoyu Chu提供)

    澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)的工程师近期成功研发出一种全新的高速电机,该电机不仅减少了稀土矿物的消耗,而且有可能增加电动汽车的续航里程。

    这款内置式永磁同步电机(IPMSM)原型的设计灵感来自韩国最长铁路桥的形状,速度已达到每分钟10万转,创下了新的世界纪录,是现有叠层IPMSM高速记录的二倍,成为世界上使用商业化叠层材料制造的最快的IPMSM。

    最重要的是,这款新型电机能够产生非常高的功率密度,可减轻电动汽车整体重量,从而增加续航里程。

    这项新技术是由新南威尔士大学电气工程与电信学院副教授鲁克米‧杜塔(Rukmi Dutta)和朱国玉(Guoyu Chu,音译)博士领导的团队开发的,是对现有IPMSM(主要用于电动汽车的牵引驱动)的改进。

    朱博士在9月12日的一份新闻稿中说,目前电动汽车的发展趋势就是搭载转速更快的电机。“每个电动汽车制造商都在尝试开发高速电机,因为物理定律的性质允许你缩小机器的尺寸。而机器越小,重量就越轻,消耗的能量也就越少,因此车辆的续航里程也可进一步提升。

    “通过这个研究项目,我们试图达到一个绝对最大值,并记录下最高速度为每分钟10万转,峰值功率密度约为每公斤7千瓦。”

    他还表示,该电机系统拥有扩展性,并且可以调整功率和速度,如果想要调整该电机以适应特斯拉电动汽车,大约只需要6-12个月。

    这项新技术由新南威尔士大学电气工程与电信学院副教授鲁克米‧杜塔(左)和朱国玉博士领导的团队开发。(UNSW提供)

    朱博士于9月13日通过电子邮件告诉媒体:“如果我们针对电动汽车扩展应用和优化电机设计,预计将比目前的市售产品轻10%至20%,效率提升2%至5%。同时,逆变器也将受益于高速而变得更轻更小,重量的减轻和能效的提升有望将续航延长5%到10% 。

    该团队表示,IPMSM型电机在其转子中嵌入了磁铁,以产生强大的扭矩从而扩大速度范围。然而,现有IPMSM的机械强度较低,因为其转子中的铁桥很薄,限制了它们所能达成的最大速度。

    好消息是,该研究团队已经为一种新的转子拓扑申请了专利,该拓扑显着提高了稳健性,同时还减少了每单位发电量所需的稀土材料数量。

    新设计基于韩国双系拱结构Gyopo铁路桥的工程特性,以及基于复合曲线的机械应力分布技术。最终,该新型电机实现了令人印象深刻的每公斤约7千瓦的功率密度,可极大地增强电动汽车的性能。

    新的IPMSM原型电机是基于新南威尔士大学的人工智能辅助优化程序开发的,该程序评估了一系列不同物理方面的设计,包括电气、磁力、机械和热力等。

    朱博士告诉本报,得益于转子结构的显着增强,该电机的机械安全系数比目前市售的电动汽车电机高出1.5至2倍。鉴于此,预计新款高速电机的使用寿命会更长。

    此外,与现有技术相比,该团队的新电机还具有显着的成本优势,并且使用的稀土材料更少,比如钕。

    朱博士说:“大多数高速电机使用套筒来加强转子,而套筒通常由钛或碳纤维等高成本材料制成。套筒本身非常昂贵,还需要精确装配,因此会增加电机的制造成本。我们的转子具有非常好的机械稳健性,因此我们不需要套筒,从而降低了制造成本。而且我们的新电机只使用了大约30%的稀土材料,又大幅降低了材料成本,从而使我们的高性能电机更加环保且价格实惠。”

    除了电动汽车,该电机还有许多其它潜在应用,比如大型供暖、通风和空调系统,以及用于航空和机器人行业的高精度计算机数控机床等。

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