Hvorfor bliver motorens hastighed højere og højere drevet af omkostningerne?

forord

 

 

Ved "2023 Dongfeng Motor Brand Spring Conference" den 10. april blev det nye Mach E-energimærke frigivet. E står for elektrisk, høj effektivitet, energibesparelse og miljøbeskyttelse.Mach E er hovedsageligt sammensat af tre store produktplatforme: elektrisk drev, batteri og energitilskud.

 

Blandt dem har den elektriske motordel Mach følgende egenskaber:

 

  • Motor med kulfiberbelagt rotorteknologi, hastigheden kan nå 30.000 rpm;
  • oliekøling;
  • Fladledningsstator med 1 slot og 8 ledninger;
  • Selvudviklet SiC-controller;
  • Den maksimale effektivitet af systemet kan nå 94,5%.

 

Sammenlignet med andre teknologier,den kulfiberbelagte rotor og den maksimale hastighed på 30.000 o/min er blevet de mest markante højdepunkter ved dette elektriske drev.

 

微信图片_20230419181816
Mach E 30000rpm elektrisk drev

 

Høje omdrejninger og lave omkostninger iboende sammenhæng

Den maksimale hastighed på den nye energimotor er steget fra de oprindelige 10.000 rpm til de nu almindeligt populære 15.000-18.000 rpm.For nylig har virksomheder lanceret mere end 20.000 rpm elektriske drivsystemer, så hvorfor bliver hastigheden på nye energimotorer højere og højere?

 

Ja, omkostningsdrevne resultater!

 

Det følgende er en analyse af forholdet mellem motorhastigheden og prisen på motoren på teoretiske niveauer og simuleringsniveauer.

 

Det nye energirene elektriske drivsystem omfatter generelt tre dele, motoren, motorstyringen og gearkassen.Motorstyringen er inputenden af ​​elektrisk energi, gearkassen er outputenden af ​​mekanisk energi, og motoren er konverteringsenheden for elektrisk energi og mekanisk energi.Dens arbejdsmetode er, at controlleren tilfører elektrisk energi (strøm * spænding) til motoren.Gennem samspillet mellem elektrisk energi og magnetisk energi inde i motoren udsender den mekanisk energi (hastighed*drejningsmoment) til gearkassen.Gearkassen driver køretøjet ved at justere hastigheden og drejningsmomentet fra motoren gennem gearreduktionsforholdet.

 

Ved at analysere motormomentformlen kan det ses, at motorens udgangsmoment T2 er positivt korreleret med motorvolumenet.

 

微信图片_20230419181827
 

N er antallet af omdrejninger af statoren, I er indgangsstrømmen af ​​statoren, B er luftfluxtætheden, R er radius af rotorkernen, og L er længden af ​​motorkernen.

 

I tilfælde af at sikre antallet af omdrejninger af motoren, regulatorens indgangsstrøm og fluxtætheden af ​​motorluftgabet, hvis efterspørgslen efter motorens udgangsmoment T2 reduceres, vil længden eller diameteren af jernkerne kan reduceres.

 

Ændringen af ​​motorkernens længde involverer ikke ændringen af ​​statorens og rotorens stempling, og ændringen er relativt enkel, så den sædvanlige operation er at bestemme kernens diameter og reducere længden af ​​kernen .

 

Når længden af ​​jernkernen aftager, reduceres mængden af ​​elektromagnetiske materialer (jernkerne, magnetisk stål, motorvikling) af motoren.Elektromagnetiske materialer tegner sig for en relativt stor del af motoromkostningerne, der tegner sig for omkring 72%.Hvis drejningsmomentet kan reduceres, vil motoromkostningerne blive væsentligt reduceret.

 

微信图片_20230419181832
 

Motoromkostningssammensætning

 

Fordi nye energikøretøjer har et fast behov for hjulendemoment, hvis motorens udgangsmoment skal reduceres, skal gearkassens hastighedsforhold øges for at sikre køretøjets hjulendemoment.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 er hastigheden af ​​hjulenden, n2 er hastigheden af ​​motoren, T1 er drejningsmomentet for hjulenden, T2 er drejningsmomentet for motoren, og r er reduktionsforholdet.

 

Og fordi nye energikøretøjer stadig har kravet om maksimal hastighed, vil køretøjets maksimale hastighed også falde, efter at gearkassens hastighedsforhold er øget, hvilket er uacceptabelt, så det kræver, at motorhastigheden skal øges.

 

For at opsummere,efter at motoren reducerer drejningsmomentet og øger hastigheden, med et rimeligt hastighedsforhold, kan det reducere omkostningerne til motoren, samtidig med at køretøjets strømbehov sikres.

Påvirkning af de-torsionshastigheden på andre ejendomme01Efter at have reduceret drejningsmomentet og øget hastigheden, falder længden af ​​motorkernen, vil det påvirke effekten? Lad os se på magtformlen.

 

微信图片_20230419181837
U er fasespændingen, I er statorindgangsstrømmen, cos∅ er effektfaktoren, og η er effektiviteten.

 

Det kan ses af formlen, at der ikke er nogen parametre relateret til motorens størrelse i formlen for motorens udgangseffekt, så ændringen af ​​længden af ​​motorkernen har ringe effekt på effekten.

 

Det følgende er simuleringsresultatet af en bestemt motors ydre karakteristika. Sammenlignet med den eksterne karakteristikkurve reduceres længden af ​​jernkernen, motorens udgangsmoment bliver mindre, men den maksimale udgangseffekt ændrer sig ikke meget, hvilket også bekræfter ovenstående teoretiske udledning.

微信图片_20230419181842

Sammenligning af eksterne karakteristiske kurver for motoreffekt og drejningsmoment med forskellige jernkernelængder

 

02Forøgelsen af ​​motorhastigheden stiller højere krav til valg af lejer, og der kræves højhastighedslejer for at sikre lejernes levetid.

03Højhastighedsmotorer er mere velegnede til oliekøling, hvilket kan fjerne besværet med valg af olietætning og samtidig sikre varmeafledning.

04På grund af motorens høje hastighed kan det overvejes at bruge en rundtrådsmotor i stedet for en fladtrådsmotor for at reducere AC-tabet af viklingen ved høj hastighed.

05Når antallet af motorpoler er fast, øges motorens driftsfrekvens på grund af stigningen i hastigheden. For at reducere strømharmonikken er det nødvendigt at øge strømmodulets omskiftningsfrekvens. Derfor er en SiC-controller med høj koblingsfrekvensmodstand en god partner til højhastighedsmotorer.

06For at reducere jerntabet ved høj hastighed er det nødvendigt at overveje valget af ferromagnetiske materialer med lavt tab og høj styrke.

07Sørg for, at rotoren ikke kan blive beskadiget på grund af for høj hastighed ved 1,2 gange den maksimale hastighed, såsom optimering af den magnetiske isolationsbro, kulfiberbelægning mv.

 

微信图片_20230419181847
Carbon fiber vævning billede

 

Sammenfatte

 

 

Stigningen i motorhastighed kan spare omkostningerne til motoren, men omkostningsstigningen for andre komponenter skal også overvejes i balance.Højhastighedsmotorer vil være udviklingsretningen for elektriske drivsystemer. Dette er ikke kun en måde at spare omkostninger på, men også en afspejling af en virksomheds tekniske niveau.Udvikling og produktion af højhastighedsmotorer er stadig ekstremt vanskelig. Ud over anvendelsen af ​​nye materialer og nye processer, kræver det også en ånd af ekspertise hos elektroingeniører.


Indlægstid: 19-apr-2023