Why is the speed of the motor getting higher and higher driven by cost?

kata pengantar

Pada “Konferensi Musim Semi Merek Motor Dongfeng 2023” pada 10 April, merek tenaga energi baru Mach E dirilis. E berarti listrik, efisiensi tinggi, hemat energi, dan perlindungan lingkungan.Mach E terutama terdiri dari tiga platform produk utama: penggerak listrik, baterai, dan suplemen energi.

Diantaranya, bagian penggerak listrik Mach memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

Motor dengan teknologi rotor berlapis serat karbon, kecepatannya bisa mencapai 30.000 rpm;
pendinginan minyak;
Stator kawat datar dengan 1 slot dan 8 kabel;
Pengontrol SiC yang dikembangkan sendiri;
Efisiensi maksimum sistem dapat mencapai 94,5%.

Dibandingkan dengan teknologi lain,Rotor berlapis serat karbon dan kecepatan maksimal 30.000 rpm menjadi keunggulan paling khas dari penggerak elektrik ini.

Penggerak listrik Mach E 30000rpm

RPM Tinggi dan Biaya Rendah Secara Intrinsik Terkait

Kecepatan maksimum motor energi baru telah meningkat dari 10.000rpm awal menjadi 15.000-18.000rpm yang sekarang populer secara umum.Baru-baru ini, perusahaan telah meluncurkan lebih dari sistem penggerak listrik 20.000 rpm, jadi mengapa kecepatan motor energi baru semakin tinggi?

Ya, hasil yang didorong oleh biaya!

Berikut ini analisis hubungan antara kecepatan motor dan biaya motor pada tataran teoritis dan simulasi.

Sistem penggerak listrik murni energi baru umumnya mencakup tiga bagian, motor, pengontrol motor, dan kotak roda gigi.Pengontrol motor adalah ujung masukan energi listrik, gearbox adalah ujung keluaran energi mekanik, dan motor adalah unit konversi energi listrik dan energi mekanik.Cara kerjanya adalah pengontrol memasukkan energi listrik (arus * tegangan) ke motor.Melalui interaksi energi listrik dan energi magnet di dalam motor, ia mengeluarkan energi mekanik (kecepatan*torsi) ke gearbox.Gear box menggerakkan kendaraan dengan mengatur kecepatan dan torsi yang dihasilkan motor melalui rasio reduksi gigi.

Dengan menganalisa rumus torsi motor terlihat bahwa torsi keluaran motor T2 berkorelasi positif dengan volume motor.

N adalah jumlah lilitan stator, I adalah arus masukan stator, B adalah rapat fluks udara, R adalah jari-jari inti rotor, dan L adalah panjang inti motor.

Dalam hal memastikan jumlah putaran motor, arus masukan pengontrol, dan kerapatan fluks celah udara motor, jika permintaan torsi keluaran T2 motor berkurang, panjang atau diameter motor inti besi dapat dikurangi.

Perubahan panjang inti motor tidak melibatkan perubahan cetakan stator dan rotor, dan perubahannya relatif sederhana, sehingga operasi yang biasa dilakukan adalah menentukan diameter inti dan mengurangi panjang inti. .

Dengan berkurangnya panjang inti besi, jumlah bahan elektromagnetik (inti besi, baja magnet, belitan motor) motor berkurang.Bahan elektromagnetik menyumbang sebagian besar biaya motor, yaitu sekitar 72%.Jika torsi bisa dikurangi, biaya motor akan berkurang secara signifikan.

Komposisi biaya motor

Karena kendaraan energi baru memiliki permintaan torsi ujung roda yang tetap, jika torsi keluaran motor ingin dikurangi, rasio kecepatan girboks harus ditingkatkan untuk memastikan torsi ujung roda kendaraan.

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 adalah kecepatan ujung roda, n2 adalah kecepatan motor, T1 adalah torsi ujung roda, T2 adalah torsi motor, dan r adalah rasio reduksi.

Dan karena kendaraan energi baru masih memiliki persyaratan kecepatan maksimum, maka kecepatan maksimum kendaraan juga akan berkurang setelah rasio kecepatan gearbox ditingkatkan, hal ini tidak dapat diterima, sehingga mengharuskan kecepatan motor harus ditingkatkan.

Singkatnya,setelah motor mengurangi torsi dan mempercepat, dengan rasio kecepatan yang wajar, hal ini dapat mengurangi biaya motor sekaligus memastikan kebutuhan daya kendaraan.

Pengaruh percepatan detorsi pada properti lainnya01Setelah torsi dikurangi dan dipercepat, panjang inti motor berkurang, apakah akan mempengaruhi tenaga? Mari kita lihat rumus kekuatannya.

U adalah tegangan fasa, I adalah arus masukan stator, cos∅ adalah faktor daya, dan η adalah efisiensi.

Terlihat dari rumusnya tidak ada parameter yang berhubungan dengan ukuran motor pada rumus daya keluaran motor, sehingga perubahan panjang inti motor tidak banyak berpengaruh terhadap daya.

Berikut hasil simulasi karakteristik luar suatu motor tertentu. Dibandingkan dengan kurva karakteristik eksternal, panjang inti besi berkurang, torsi keluaran motor menjadi lebih kecil, namun daya keluaran maksimum tidak banyak berubah, yang juga menegaskan turunan teoritis di atas.

Perbandingan kurva karakteristik eksternal daya dan torsi motor dengan panjang inti besi yang berbeda

02Peningkatan kecepatan motor menuntut persyaratan pemilihan bantalan yang lebih tinggi, dan bantalan berkecepatan tinggi diperlukan untuk memastikan masa pakai bantalan.

03Motor berkecepatan tinggi lebih cocok untuk pendinginan oli, yang dapat menghilangkan masalah pemilihan segel oli sekaligus memastikan pembuangan panas.

04Karena kecepatan motor yang tinggi, maka dapat dipertimbangkan untuk menggunakan motor kawat bundar daripada motor kawat datar untuk mengurangi hilangnya belitan AC pada kecepatan tinggi.

05Ketika jumlah kutub motor tetap, frekuensi pengoperasian motor meningkat karena bertambahnya kecepatan. Untuk mengurangi harmonisa arus, perlu dilakukan peningkatan frekuensi switching modul daya. Oleh karena itu, pengontrol SiC dengan resistansi frekuensi switching yang tinggi merupakan mitra yang baik untuk motor berkecepatan tinggi.

06Untuk mengurangi kehilangan besi pada kecepatan tinggi, perlu mempertimbangkan pemilihan bahan feromagnetik dengan kehilangan rendah dan kekuatan tinggi.

07Pastikan rotor tidak rusak karena kecepatan berlebihan sebesar 1,2 kali kecepatan maksimum, seperti optimalisasi jembatan isolasi magnetik, pelapisan serat karbon, dll.

Gambar tenun serat karbon

Meringkaskan

Peningkatan kecepatan motor memang dapat menghemat biaya motor, namun kenaikan biaya komponen lainnya juga perlu diperhatikan secara seimbang.Motor berkecepatan tinggi akan menjadi arah pengembangan sistem penggerak listrik. Ini bukan hanya cara untuk menghemat biaya, tetapi juga mencerminkan tingkat teknis suatu perusahaan.Pengembangan dan produksi motor berkecepatan tinggi masih sangat sulit. Selain penerapan material baru dan proses baru, juga membutuhkan semangat keunggulan para insinyur kelistrikan.

Waktu posting: 19 April-2023

Mengapa kecepatan motor semakin tinggi didorong oleh biaya?