Warum wird die Drehzahl des Motors aus Kostengründen immer höher?

Vorwort

 

 

Auf der „2023 Dongfeng Motor Brand Spring Conference“ am 10. April wurde die neue Energiemarke Mach E vorgestellt. E steht für Elektrizität, hohe Effizienz, Energieeinsparung und Umweltschutz.Mach E besteht hauptsächlich aus drei Hauptproduktplattformen: Elektroantrieb, Batterie und Energieergänzung.

 

Unter anderem weist der elektrische Antriebsteil von Mach die folgenden Eigenschaften auf:

 

  • Motor mit kohlefaserbeschichteter Rotortechnologie, die Drehzahl kann 30.000 U/min erreichen;
  • Ölkühlung;
  • Flachdrahtstator mit 1 Nut und 8 Drähten;
  • Selbstentwickelter SiC-Controller;
  • Der maximale Wirkungsgrad des Systems kann 94,5 % erreichen.

 

Im Vergleich zu anderen TechnologienDer kohlefaserbeschichtete Rotor und die maximale Drehzahl von 30.000 U/min sind zu den markantesten Highlights dieses Elektroantriebs geworden.

 

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Mach E 30.000 U/min Elektroantrieb

 

Hohe Drehzahl und niedrige Kosten von Natur aus Linke

Die Höchstgeschwindigkeit des neuen Energiemotors wurde von ursprünglich 10.000 U/min auf die mittlerweile allgemein beliebten 15.000–18.000 U/min erhöht.In jüngster Zeit haben Unternehmen elektrische Antriebssysteme mit mehr als 20.000 U/min auf den Markt gebracht. Warum wird die Geschwindigkeit neuer Energiemotoren immer höher?

 

Ja, kostenorientierte Ergebnisse!

 

Das Folgende ist eine Analyse der Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit und den Kosten des Motors auf theoretischer und Simulationsebene.

 

Das neue, rein elektrische Antriebssystem besteht im Allgemeinen aus drei Teilen: dem Motor, der Motorsteuerung und dem Getriebe.Die Motorsteuerung ist die Eingangsseite für elektrische Energie, das Getriebe ist die Ausgangsseite für mechanische Energie und der Motor ist die Umwandlungseinheit für elektrische Energie und mechanische Energie.Seine Arbeitsweise besteht darin, dass der Controller elektrische Energie (Strom * Spannung) in den Motor einspeist.Durch das Zusammenspiel von elektrischer und magnetischer Energie im Inneren des Motors gibt dieser mechanische Energie (Drehzahl*Drehmoment) an das Getriebe ab.Das Getriebe treibt das Fahrzeug an, indem es die vom Motor abgegebene Geschwindigkeit und das Drehmoment über das Untersetzungsverhältnis anpasst.

 

Durch die Analyse der Motordrehmomentformel lässt sich erkennen, dass das Motorausgangsdrehmoment T2 positiv mit dem Motorvolumen korreliert.

 

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N ist die Anzahl der Windungen des Stators, I ist der Eingangsstrom des Stators, B ist die Luftflussdichte, R ist der Radius des Rotorkerns und L ist die Länge des Motorkerns.

 

Im Fall der Sicherstellung der Drehzahl des Motors, des Eingangsstroms des Controllers und der Flussdichte des Motorluftspalts, wenn die Anforderung an das Ausgangsdrehmoment T2 des Motors reduziert wird, wird die Länge oder der Durchmesser des Motors verringert Eisenkern kann reduziert werden.

 

Die Änderung der Länge des Motorkerns erfordert nicht die Änderung der Stanzform des Stators und des Rotors, und die Änderung ist relativ einfach, sodass der übliche Vorgang darin besteht, den Durchmesser des Kerns zu bestimmen und die Länge des Kerns zu reduzieren .

 

Mit abnehmender Länge des Eisenkerns nimmt die Menge an elektromagnetischen Materialien (Eisenkern, Magnetstahl, Motorwicklung) des Motors ab.Elektromagnetische Materialien machen mit etwa 72 % einen relativ großen Anteil der Motorkosten aus.Wenn das Drehmoment reduziert werden kann, werden die Motorkosten erheblich gesenkt.

 

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Zusammensetzung der Motorkosten

 

Da Fahrzeuge mit neuer Energie einen festen Bedarf an Radenddrehmoment haben, muss das Drehzahlverhältnis des Getriebes erhöht werden, um das Radenddrehmoment des Fahrzeugs sicherzustellen, wenn das Ausgangsdrehmoment des Motors reduziert werden soll.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 ist die Drehzahl des Radendes, n2 ist die Drehzahl des Motors, T1 ist das Drehmoment des Radendes, T2 ist das Drehmoment des Motors und r ist das Untersetzungsverhältnis.

 

Und da bei Fahrzeugen mit neuer Energie immer noch die Anforderung einer Höchstgeschwindigkeit besteht, verringert sich auch die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs, nachdem das Übersetzungsverhältnis des Getriebes erhöht wird, was inakzeptabel ist, sodass die Motordrehzahl erhöht werden muss.

 

Um zusammenzufassen,Nachdem der Motor das Drehmoment reduziert und mit einem angemessenen Drehzahlverhältnis beschleunigt hat, können die Kosten des Motors gesenkt und gleichzeitig der Leistungsbedarf des Fahrzeugs sichergestellt werden.

Einfluss der Detorsionsbeschleunigung auf andere Eigenschaften01Nach der Reduzierung des Drehmoments und der Beschleunigung nimmt die Länge des Motorkerns ab. Hat dies Auswirkungen auf die Leistung? Schauen wir uns die Leistungsformel an.

 

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U ist die Phasenspannung, I ist der Statoreingangsstrom, cos∅ ist der Leistungsfaktor und η ist der Wirkungsgrad.

 

Aus der Formel ist ersichtlich, dass es in der Formel der Motorausgangsleistung keine Parameter gibt, die sich auf die Größe des Motors beziehen, sodass die Änderung der Länge des Motorkerns nur geringe Auswirkungen auf die Leistung hat.

 

Das Folgende ist das Simulationsergebnis der externen Eigenschaften eines bestimmten Motors. Im Vergleich zur äußeren Kennlinie verringert sich die Länge des Eisenkerns, das Ausgangsdrehmoment des Motors wird kleiner, die maximale Ausgangsleistung ändert sich jedoch nicht wesentlich, was auch die obige theoretische Ableitung bestätigt.

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Vergleich äußerer Kennlinien von Motorleistung und Drehmoment bei unterschiedlichen Eisenkernlängen

 

02Die Erhöhung der Motordrehzahl stellt höhere Anforderungen an die Auswahl der Lager, und Hochgeschwindigkeitslager sind erforderlich, um die Lebensdauer der Lager sicherzustellen.

03Hochgeschwindigkeitsmotoren eignen sich besser für die Ölkühlung, wodurch die Auswahl der Öldichtung entfällt und gleichzeitig die Wärmeableitung sichergestellt wird.

04Aufgrund der hohen Drehzahl des Motors kann die Verwendung eines Runddrahtmotors anstelle eines Flachdrahtmotors in Betracht gezogen werden, um den Wechselstromverlust der Wicklung bei hoher Drehzahl zu reduzieren.

05Wenn die Anzahl der Motorpole festgelegt ist, erhöht sich die Betriebsfrequenz des Motors aufgrund der Erhöhung der Drehzahl. Um die Stromoberschwingungen zu reduzieren, ist es notwendig, die Schaltfrequenz des Leistungsmoduls zu erhöhen. Daher ist ein SiC-Controller mit hoher Schaltfrequenzfestigkeit ein guter Partner für Hochgeschwindigkeitsmotoren.

06Um den Eisenverlust bei hoher Geschwindigkeit zu reduzieren, muss die Auswahl verlustarmer und hochfester ferromagnetischer Materialien in Betracht gezogen werden.

07Stellen Sie sicher, dass der Rotor nicht durch zu hohe Drehzahl bei 1,2-facher Maximaldrehzahl beschädigt werden kann, z. B. durch Optimierung der magnetischen Trennbrücke, Kohlefaserbeschichtung usw.

 

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Bild zum Weben von Kohlefasern

 

Zusammenfassen

 

 

Die Erhöhung der Motorgeschwindigkeit kann die Kosten des Motors senken, aber auch die Kostensteigerung anderer Komponenten muss im Gleichgewicht berücksichtigt werden.Hochgeschwindigkeitsmotoren werden die Entwicklungsrichtung elektrischer Antriebssysteme sein. Dies ist nicht nur eine Möglichkeit, Kosten zu sparen, sondern spiegelt auch den technischen Stand eines Unternehmens wider.Die Entwicklung und Produktion von Hochgeschwindigkeitsmotoren ist immer noch äußerst schwierig. Neben dem Einsatz neuer Materialien und neuer Prozesse ist auch der Exzellenzgeist der Elektroingenieure gefragt.


Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. April 2023