¿Por qué la velocidad del motor aumenta cada vez más debido al costo?

prefacio

 

 

En la “Conferencia de primavera de la marca Dongfeng Motor 2023” el 10 de abril, se lanzó la nueva marca de energía Mach E. E significa electricidad, alta eficiencia, ahorro de energía y protección del medio ambiente.Mach E se compone principalmente de tres plataformas de productos principales: propulsión eléctrica, batería y suplemento energético.

 

Entre ellos, la pieza de accionamiento eléctrico Mach tiene las siguientes características:

 

  • Motor con tecnología de rotor recubierto de fibra de carbono, la velocidad puede alcanzar las 30.000 rpm;
  • enfriamiento de aceite;
  • Estator de alambre plano con 1 ranura y 8 alambres;
  • Controlador SiC de desarrollo propio;
  • La eficiencia máxima del sistema puede alcanzar el 94,5%.

 

En comparación con otras tecnologías,el rotor recubierto de fibra de carbono y la velocidad máxima de 30.000 rpm se han convertido en los puntos más distintivos de este propulsor eléctrico.

 

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Motor eléctrico Mach E 30000 rpm.

 

Altas RPM y bajo costo intrínsecamente vinculados

La velocidad máxima del motor de nueva energía ha aumentado desde las 10.000 rpm iniciales hasta las ahora populares 15.000-18.000 rpm.Recientemente, las empresas han lanzado sistemas de propulsión eléctrica de más de 20.000 rpm, entonces, ¿por qué la velocidad de los motores de nueva energía es cada vez mayor?

 

¡Sí, resultados basados ​​en costos!

 

El siguiente es un análisis de la relación entre la velocidad del motor y el costo del motor a nivel teórico y de simulación.

 

El sistema de propulsión eléctrica pura de nueva energía generalmente incluye tres partes: el motor, el controlador del motor y la caja de cambios.El controlador del motor es el extremo de entrada de energía eléctrica, la caja de cambios es el extremo de salida de energía mecánica y el motor es la unidad de conversión de energía eléctrica y energía mecánica.Su método de trabajo es que el controlador ingresa energía eléctrica (corriente * voltaje) en el motor.A través de la interacción de la energía eléctrica y la energía magnética dentro del motor, este genera energía mecánica (velocidad*par) a la caja de cambios.La caja de cambios impulsa el vehículo ajustando la velocidad y el par de salida del motor a través de la relación de reducción de engranajes.

 

Al analizar la fórmula del par del motor, se puede ver que el par de salida del motor T2 está correlacionado positivamente con el volumen del motor.

 

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N es el número de vueltas del estator, I es la corriente de entrada del estator, B es la densidad del flujo de aire, R es el radio del núcleo del rotor y L es la longitud del núcleo del motor.

 

En el caso de garantizar el número de vueltas del motor, la corriente de entrada del controlador y la densidad de flujo del entrehierro del motor, si se reduce la demanda del par de salida T2 del motor, la longitud o diámetro del El núcleo de hierro se puede reducir.

 

El cambio de la longitud del núcleo del motor no implica el cambio de la matriz de estampado del estator y el rotor, y el cambio es relativamente simple, por lo que la operación habitual es determinar el diámetro del núcleo y reducir la longitud del núcleo. .

 

A medida que disminuye la longitud del núcleo de hierro, se reduce la cantidad de materiales electromagnéticos (núcleo de hierro, acero magnético, devanado del motor).Los materiales electromagnéticos representan una proporción relativamente grande del costo del motor, aproximadamente el 72%.Si se puede reducir el par, el coste del motor se reducirá significativamente.

 

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Composición del costo del motor

 

Debido a que los vehículos de nueva energía tienen una demanda fija de par en el extremo de la rueda, si se va a reducir el par de salida del motor, se debe aumentar la relación de velocidad de la caja de cambios para garantizar el par en el extremo de la rueda del vehículo.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 es la velocidad del extremo de la rueda, n2 es la velocidad del motor, T1 es el par del extremo de la rueda, T2 es el par del motor y r es la relación de reducción.

 

Y debido a que los vehículos de nueva energía todavía tienen el requisito de velocidad máxima, la velocidad máxima del vehículo también disminuirá después de que se aumente la relación de velocidad de la caja de cambios, lo cual es inaceptable, por lo que esto requiere que se aumente la velocidad del motor.

 

Para resumir,Después de que el motor reduce el par y acelera, con una relación de velocidad razonable, se puede reducir el costo del motor y al mismo tiempo garantizar la demanda de potencia del vehículo.

Influencia de la aceleración de la detorsión en otras propiedades.01Después de reducir el par y acelerar, la longitud del núcleo del motor disminuye, ¿afectará la potencia? Veamos la fórmula del poder.

 

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U es el voltaje de fase, I es la corriente de entrada del estator, cos∅ es el factor de potencia y η es la eficiencia.

 

Se puede ver en la fórmula que no hay parámetros relacionados con el tamaño del motor en la fórmula de la potencia de salida del motor, por lo que el cambio de la longitud del núcleo del motor tiene poco efecto sobre la potencia.

 

El siguiente es el resultado de la simulación de las características externas de un determinado motor. En comparación con la curva característica externa, la longitud del núcleo de hierro se reduce, el par de salida del motor se vuelve más pequeño, pero la potencia de salida máxima no cambia mucho, lo que también confirma la derivación teórica anterior.

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Comparación de curvas características externas de potencia y par de motor con diferentes longitudes de núcleo de hierro

 

02El aumento de la velocidad del motor plantea requisitos más altos para la selección de rodamientos, y se requieren rodamientos de alta velocidad para garantizar la vida útil de los rodamientos.

03Los motores de alta velocidad son más adecuados para la refrigeración por aceite, lo que puede eliminar el problema de la selección del sello de aceite y al mismo tiempo garantizar la disipación del calor.

04Debido a la alta velocidad del motor, se puede considerar utilizar un motor de alambre redondo en lugar de un motor de alambre plano para reducir la pérdida de CA del devanado a alta velocidad.

05Cuando el número de polos del motor es fijo, la frecuencia de funcionamiento del motor aumenta debido al aumento de velocidad. Para reducir los armónicos actuales, es necesario aumentar la frecuencia de conmutación del módulo de potencia. Por lo tanto, un controlador de SiC con alta resistencia a la frecuencia de conmutación es un buen compañero para motores de alta velocidad.

06Para reducir la pérdida de hierro a alta velocidad, es necesario considerar la selección de materiales ferromagnéticos de baja pérdida y alta resistencia.

07Asegúrese de que el rotor no pueda dañarse debido a una velocidad excesiva a 1,2 veces la velocidad máxima, como la optimización del puente de aislamiento magnético, el revestimiento de fibra de carbono, etc.

 

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Imagen de tejido de fibra de carbono.

 

Resumir

 

 

El aumento de la velocidad del motor puede ahorrar el coste del motor, pero el aumento del coste de otros componentes también debe considerarse en equilibrio.Los motores de alta velocidad serán la dirección del desarrollo de los sistemas de propulsión eléctricos. Esta no es sólo una forma de ahorrar costes, sino también un reflejo del nivel técnico de una empresa.El desarrollo y la producción de motores de alta velocidad sigue siendo extremadamente complicado. Además de la aplicación de nuevos materiales y nuevos procesos, también requiere el espíritu de excelencia de los ingenieros eléctricos.


Hora de publicación: 19-abr-2023