Per què la velocitat del motor és cada cop més alta impulsada pel cost?

pròleg

 

 

A la "2023 Dongfeng Motor Brand Spring Conference" el 10 d'abril, es va llançar la nova marca d'energia energètica Mach E. E significa elèctrica, alta eficiència, estalvi d'energia i protecció del medi ambient.Mach E es compon principalment de tres plataformes principals de productes: accionament elèctric, bateria i suplement energètic.

 

Entre ells, la peça d'accionament elèctric Mach té les següents característiques:

 

  • Motor amb tecnologia de rotor recobert de fibra de carboni, la velocitat pot arribar a les 30.000 rpm;
  • refrigeració d'oli;
  • Estator de fil pla amb 1 ranura i 8 cables;
  • Controlador SiC de desenvolupament propi;
  • L'eficiència màxima del sistema pot arribar al 94,5%.

 

En comparació amb altres tecnologies,el rotor recobert de fibra de carboni i la velocitat màxima de 30.000 rpm s'han convertit en els aspectes més característics d'aquest accionament elèctric.

 

微信图片_20230419181816
Accionament elèctric Mach E 30000 rpm

 

Alt RPM i baix cost Intrínsecament vinculats

La velocitat màxima del nou motor d'energia ha augmentat des de les 10.000 rpm inicials fins a les 15.000-18.000 rpm, ara generalment populars.Recentment, les empreses han llançat sistemes d'accionament elèctric de més de 20.000 rpm, així que per què la velocitat dels nous motors d'energia és cada cop més alta?

 

Sí, resultats basats en costos!

 

A continuació es fa una anàlisi de la relació entre la velocitat del motor i el cost del motor a nivell teòric i de simulació.

 

El nou sistema d'accionament elèctric pur d'energia inclou generalment tres parts, el motor, el controlador del motor i la caixa de canvis.El controlador del motor és l'extrem d'entrada de l'energia elèctrica, la caixa de canvis és l'extrem de sortida de l'energia mecànica i el motor és la unitat de conversió d'energia elèctrica i energia mecànica.El seu mètode de treball és que el controlador introdueix energia elèctrica (corrent * voltatge) al motor.Mitjançant la interacció de l'energia elèctrica i l'energia magnètica dins del motor, emet energia mecànica (velocitat * parell) a la caixa de canvis.La caixa de canvis condueix el vehicle ajustant la velocitat i el parell de sortida del motor mitjançant la relació de reducció d'engranatges.

 

Analitzant la fórmula del parell motor, es pot veure que el parell de sortida del motor T2 es correlaciona positivament amb el volum del motor.

 

微信图片_20230419181827
 

N és el nombre de voltes de l'estator, I és el corrent d'entrada de l'estator, B és la densitat del flux d'aire, R és el radi del nucli del rotor i L és la longitud del nucli del motor.

 

En el cas d'assegurar el nombre de voltes del motor, el corrent d'entrada del controlador i la densitat de flux de l'entrefer del motor, si es redueix la demanda del parell de sortida T2 del motor, la longitud o el diàmetre del motor el nucli de ferro es pot reduir.

 

El canvi de la longitud del nucli del motor no implica el canvi de la matriu d'estampació de l'estator i el rotor, i el canvi és relativament senzill, de manera que l'operació habitual és determinar el diàmetre del nucli i reduir la longitud del nucli. .

 

A mesura que la longitud del nucli de ferro disminueix, es redueix la quantitat de materials electromagnètics (nucli de ferro, acer magnètic, bobinatge del motor) del motor.Els materials electromagnètics representen una proporció relativament gran del cost del motor, que representen al voltant del 72%.Si es pot reduir el parell, el cost del motor es reduirà significativament.

 

微信图片_20230419181832
 

Composició del cost del motor

 

Com que els vehicles d'energia nova tenen una demanda fixa de parell d'extrem de roda, si s'ha de reduir el parell de sortida del motor, s'ha d'augmentar la relació de velocitat de la caixa de canvis per garantir el parell de l'extrem de la roda del vehicle.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 és la velocitat de l'extrem de la roda, n2 és la velocitat del motor, T1 és el parell de l'extrem de la roda, T2 és el parell del motor i r és la relació de reducció.

 

I com que els vehicles d'energia nova encara tenen el requisit de velocitat màxima, la velocitat màxima del vehicle també disminuirà després d'augmentar la relació de velocitat de la caixa de canvis, cosa que és inacceptable, de manera que això requereix que s'hagi d'augmentar la velocitat del motor.

 

En resum,després que el motor redueixi el parell i s'accelera, amb una relació de velocitat raonable, pot reduir el cost del motor alhora que garanteix la demanda d'energia del vehicle.

Influència de l'acceleració de la detorsió en altres propietats01Després de reduir el parell i accelerar, la longitud del nucli del motor disminueix, afectarà la potència? Vegem la fórmula del poder.

 

微信图片_20230419181837
U és la tensió de fase, I és el corrent d'entrada de l'estator, cos∅ és el factor de potència i η és l'eficiència.

 

Es pot veure a partir de la fórmula que no hi ha paràmetres relacionats amb la mida del motor a la fórmula de la potència de sortida del motor, de manera que el canvi de la longitud del nucli del motor té poc efecte sobre la potència.

 

El següent és el resultat de la simulació de les característiques externes d'un determinat motor. En comparació amb la corba característica externa, la longitud del nucli de ferro es redueix, el parell de sortida del motor es fa més petit, però la potència de sortida màxima no canvia gaire, cosa que també confirma la derivació teòrica anterior.

微信图片_20230419181842

Comparació de corbes característiques externes de potència i parell del motor amb diferents longituds de nucli de ferro

 

02L'augment de la velocitat del motor planteja requisits més alts per a la selecció de coixinets i es requereixen coixinets d'alta velocitat per garantir la vida útil dels coixinets.

03Els motors d'alta velocitat són més adequats per a la refrigeració d'oli, cosa que pot eliminar el problema de la selecció del segell d'oli alhora que garanteix la dissipació de la calor.

04A causa de l'alta velocitat del motor, es pot considerar utilitzar un motor de fil rodó en lloc d'un motor de fil pla per reduir la pèrdua de CA del bobinatge a alta velocitat.

05Quan es fixa el nombre de pols del motor, la freqüència de funcionament del motor augmenta a causa de l'augment de la velocitat. Per reduir els harmònics actuals, cal augmentar la freqüència de commutació del mòdul de potència. Per tant, un controlador SiC amb una alta resistència a la freqüència de commutació és un bon soci per als motors d'alta velocitat.

06Per reduir la pèrdua de ferro a alta velocitat, cal tenir en compte la selecció de materials ferromagnètics de baixa pèrdua i alta resistència.

07Assegureu-vos que el rotor no es pugui danyar a causa d'una velocitat excessiva a 1,2 vegades la velocitat màxima, com ara l'optimització del pont d'aïllament magnètic, el recobriment de fibra de carboni, etc.

 

微信图片_20230419181847
Imatge de teixit de fibra de carboni

 

Resumir

 

 

L'augment de la velocitat del motor pot estalviar el cost del motor, però també s'ha de tenir en compte l'augment del cost d'altres components.Els motors d'alta velocitat seran la direcció de desenvolupament dels sistemes d'accionament elèctric. Aquesta no només és una manera d'estalviar costos, sinó també un reflex del nivell tècnic d'una empresa.El desenvolupament i la producció de motors d'alta velocitat encara és extremadament difícil. A més de l'aplicació de nous materials i nous processos, també requereix l'esperit d'excel·lència dels enginyers elèctrics.


Hora de publicació: 19-abril-2023