Pourquoi la vitesse du moteur augmente-t-elle de plus en plus en raison du coût ?

avant-propos

 

 

Lors de la « Conférence de printemps 2023 de la marque Dongfeng Motor » le 10 avril, la nouvelle marque de puissance énergétique Mach E a été lancée. E signifie électrique, haute efficacité, économie d'énergie et protection de l'environnement.Mach E est principalement composé de trois grandes plateformes de produits : la propulsion électrique, la batterie et le supplément énergétique.

 

Parmi eux, la partie entraînement électrique Mach présente les caractéristiques suivantes :

 

  • Moteur avec technologie de rotor revêtu de fibre de carbone, la vitesse peut atteindre 30 000 tr/min ;
  • refroidissement de l'huile ;
  • Stator à fil plat avec 1 fente et 8 fils ;
  • Contrôleur SiC auto-développé ;
  • L'efficacité maximale du système peut atteindre 94,5 %.

 

Par rapport à d'autres technologies,le rotor recouvert de fibre de carbone et la vitesse maximale de 30 000 tr/min sont devenus les points forts de cette transmission électrique.

 

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Entraînement électrique Mach E 30 000 tr/min

 

RPM élevé et faible coût intrinsèquement lié

La vitesse maximale du nouveau moteur énergétique est passée des 10 000 tr/min initiaux à 15 000-18 000 tr/min, désormais généralement populaires.Récemment, les entreprises ont lancé des systèmes d'entraînement électrique de plus de 20 000 tr/min, alors pourquoi la vitesse des moteurs à énergie nouvelle est-elle de plus en plus élevée ?

 

Oui, des résultats axés sur les coûts !

 

Ce qui suit est une analyse de la relation entre la vitesse du moteur et le coût du moteur aux niveaux théorique et de simulation.

 

Le nouveau système d'entraînement électrique pur à énergie comprend généralement trois parties : le moteur, le contrôleur de moteur et la boîte de vitesses.Le contrôleur de moteur est l'extrémité d'entrée de l'énergie électrique, la boîte de vitesses est l'extrémité de sortie de l'énergie mécanique et le moteur est l'unité de conversion de l'énergie électrique et de l'énergie mécanique.Sa méthode de fonctionnement est que le contrôleur introduit de l'énergie électrique (courant * tension) dans le moteur.Grâce à l'interaction de l'énergie électrique et de l'énergie magnétique à l'intérieur du moteur, il produit de l'énergie mécanique (vitesse*couple) vers la boîte de vitesses.La boîte de vitesses entraîne le véhicule en ajustant la vitesse et le couple produits par le moteur via le rapport de réduction.

 

En analysant la formule du couple moteur, on peut voir que le couple de sortie du moteur T2 est positivement corrélé au volume du moteur.

 

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N est le nombre de tours du stator, I est le courant d'entrée du stator, B est la densité du flux d'air, R est le rayon du noyau du rotor et L est la longueur du noyau du moteur.

 

Dans le cas de garantir le nombre de tours du moteur, le courant d'entrée du contrôleur et la densité de flux de l'entrefer du moteur, si la demande de couple de sortie T2 du moteur est réduite, la longueur ou le diamètre du le noyau de fer peut être réduit.

 

Le changement de longueur du noyau du moteur n'implique pas le changement de la matrice d'estampage du stator et du rotor, et le changement est relativement simple, donc l'opération habituelle consiste à déterminer le diamètre du noyau et à réduire la longueur du noyau .

 

À mesure que la longueur du noyau de fer diminue, la quantité de matériaux électromagnétiques (noyau de fer, acier magnétique, enroulement du moteur) du moteur diminue.Les matériaux électromagnétiques représentent une proportion relativement importante du coût du moteur, soit environ 72 %.Si le couple peut être réduit, le coût du moteur sera considérablement réduit.

 

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Composition du coût du moteur

 

Étant donné que les véhicules à énergie nouvelle ont une demande fixe de couple aux extrémités des roues, si le couple de sortie du moteur doit être réduit, le rapport de vitesse de la boîte de vitesses doit être augmenté pour garantir le couple aux extrémités des roues du véhicule.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 est la vitesse de l'extrémité de la roue, n2 est la vitesse du moteur, T1 est le couple de l'extrémité de la roue, T2 est le couple du moteur et r est le rapport de réduction.

 

Et comme les véhicules à énergie nouvelle ont toujours l'exigence d'une vitesse maximale, la vitesse maximale du véhicule diminuera également après l'augmentation du rapport de vitesse de la boîte de vitesses, ce qui est inacceptable, cela nécessite donc que la vitesse du moteur soit augmentée.

 

Pour résumer,une fois que le moteur a réduit le couple et accéléré, avec un rapport de vitesse raisonnable, il peut réduire le coût du moteur tout en garantissant la demande de puissance du véhicule.

Influence de l'accélération de la détorsion sur d'autres propriétés01Après avoir réduit le couple et accéléré, la longueur du noyau du moteur diminue, cela affectera-t-il la puissance ? Regardons la formule de puissance.

 

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U est la tension de phase, I est le courant d'entrée du stator, cos∅ est le facteur de puissance et η est le rendement.

 

Il ressort de la formule qu'il n'y a aucun paramètre lié à la taille du moteur dans la formule de la puissance de sortie du moteur, donc le changement de la longueur du noyau du moteur a peu d'effet sur la puissance.

 

Ce qui suit est le résultat de la simulation des caractéristiques externes d'un certain moteur. Par rapport à la courbe caractéristique externe, la longueur du noyau de fer est réduite, le couple de sortie du moteur devient plus petit, mais la puissance de sortie maximale ne change pas beaucoup, ce qui confirme également le calcul théorique ci-dessus.

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Comparaison des courbes caractéristiques externes de la puissance et du couple du moteur avec différentes longueurs de noyau de fer

 

02L'augmentation de la vitesse du moteur impose des exigences plus élevées pour la sélection des roulements, et des roulements à grande vitesse sont nécessaires pour assurer la durée de vie des roulements.

03Les moteurs à grande vitesse sont plus adaptés au refroidissement de l'huile, ce qui peut éliminer les problèmes de sélection des joints d'huile tout en assurant la dissipation thermique.

04En raison de la vitesse élevée du moteur, il peut être envisagé d'utiliser un moteur à fil rond au lieu d'un moteur à fil plat pour réduire la perte CA du bobinage à grande vitesse.

05Lorsque le nombre de pôles du moteur est fixe, la fréquence de fonctionnement du moteur augmente en raison de l'augmentation de la vitesse. Afin de réduire les harmoniques de courant, il est nécessaire d'augmenter la fréquence de commutation du module de puissance. Par conséquent, un contrôleur SiC avec une résistance à fréquence de commutation élevée est un bon partenaire pour les moteurs à grande vitesse.

06Afin de réduire les pertes de fer à grande vitesse, il est nécessaire d’envisager la sélection de matériaux ferromagnétiques à faibles pertes et à haute résistance.

07Assurez-vous que le rotor ne peut pas être endommagé en raison d'une vitesse excessive à 1,2 fois la vitesse maximale, comme l'optimisation du pont d'isolation magnétique, le revêtement en fibre de carbone, etc.

 

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Photo de tissage de fibre de carbone

 

Résumer

 

 

L'augmentation de la vitesse du moteur peut réduire le coût du moteur, mais l'augmentation du coût des autres composants doit également être prise en compte.Les moteurs à grande vitesse constitueront l’orientation du développement des systèmes d’entraînement électrique. Ce n'est pas seulement un moyen de réduire les coûts, mais aussi le reflet du niveau technique d'une entreprise.Le développement et la production de moteurs à grande vitesse restent extrêmement difficiles. Outre l’application de nouveaux matériaux et de nouveaux procédés, cela nécessite également l’esprit d’excellence des ingénieurs électriciens.


Heure de publication : 19 avril 2023