コストを理由にモーターの速度がますます高速化しているのはなぜですか?

序文

 

 

4月10日の「2023東風汽車ブランド春季発表会」で、新エネルギー電力ブランド「Mach E」が発表された。 E は、電気、高効率、省エネ、環境保護の略です。Mach E は主に、電気駆動、バッテリー、エネルギー補助という 3 つの主要な製品プラットフォームで構成されています。

 

このうちマッハ電気駆動部には次のような特徴があります。

 

  • カーボンファイバーでコーティングされたローター技術を備えたモーター、速度は 30,000 rpm に達します。
  • オイル冷却。
  • 1 つのスロットと 8 つのワイヤを備えたフラット ワイヤ ステータ。
  • 自社開発のSiCコントローラー。
  • システムの最大効率は 94.5% に達します。

 

他の技術と比較して、カーボンファイバーでコーティングされたローターと 30,000 rpm の最大速度が、この電気駆動装置の最も際立ったハイライトとなっています。

 

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マッハE 30000rpm電気ドライブ

 

高回転と低コストの本質的なLinke

新エネルギーモーターの最高速度は、初期の 10,000 rpm から、現在一般的に普及している 15,000 ~ 18,000 rpm まで増加しました。最近、企業は 20,000 rpm を超える電気駆動システムを発売していますが、なぜ新エネルギーモーターの速度はますます高速になっているのでしょうか?

 

はい、コスト重視の結果が得られます。

 

以下は、理論レベルとシミュレーション レベルでのモーター速度とモーターのコストの関係の分析です。

 

新エネルギーの純電気駆動システムは通常、モーター、モーターコントローラー、ギアボックスの 3 つの部分で構成されます。モーターコントローラーは電気エネルギーの入力端であり、ギアボックスは機械エネルギーの出力端であり、モーターは電気エネルギーと機械エネルギーの変換ユニットです。その動作方法は、コントローラーが電気エネルギー (電流 * 電圧) をモーターに入力することです。モーター内部の電気エネルギーと磁気エネルギーの相互作用を通じて、機械エネルギー (速度*トルク) がギアボックスに出力されます。ギアボックスは、ギア減速比を通じてモーターの出力速度とトルクを調整することで車両を駆動します。

 

モーターのトルク公式を解析すると、モーター出力トルク T2 はモーター容積と正の相関があることがわかります。

 

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N はステーターの巻数、I はステーターの入力電流、B は空気束密度、R はローター コアの半径、L はモーター コアの長さです。

 

モータの巻数、コントローラの入力電流、モータのエアギャップの磁束密度を確保する場合、モータの出力トルクT2の要求が小さくなると、モータの長さや径は小さくなります。鉄心を減らすことができます。

 

モータコアの長さの変更は、ステータやロータのプレス金型の変更を伴わず、比較的簡単な変更となるため、コア径を決めてコア長を短くするのが通常の作業となります。 。

 

鉄心の長さが短くなると、モーターの電磁材料(鉄心、磁性鋼、モーター巻線)の量が減ります。モータコストに占める電磁材料の割合は約72%と比較的大きい。トルクを低減できればモータコストも大幅に削減できます。

 

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モーターのコスト構成

 

新エネルギー車では、車輪端トルクの要求が一定であるため、モーターの出力トルクを下げる場合には、車両の車輪端トルクを確保するために変速機の変速比を高める必要がある。

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1は車輪端の速度、n2はモータの速度、T1は車輪端のトルク、T2はモータのトルク、rは減速比です。

 

また、新エネルギー車には依然として最高速度の要件があるため、ギアボックスの速度比を高めると車両の最高速度も低下しますが、これは容認できないため、モーターの速度を上げる必要があります。

 

総括する、モーターがトルクを低減して速度を上げた後は、適切な速度比で、車両の電力需要を確保しながらモーターのコストを削減できます。

変形速度向上による他の特性への影響01トルクを下げて回転数を上げるとモーターコアの長さが短くなりますが、パワーに影響はありますか?力の公式を見てみましょう。

 

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U は相電圧、I は固定子入力電流、cos∅ は力率、η は効率です。

 

この式からわかるように、モーター出力の式にはモーターの大きさに関係するパラメータが存在しないため、モーターコアの長さが変化しても出力にはほとんど影響しません。

 

以下は、あるモータの外部特性のシミュレーション結果です。外部特性曲線と比較すると、鉄芯の長さが短くなり、モーターの出力トルクは小さくなりますが、最大出力電力はあまり変化せず、上記の理論的導出も裏付けられます。

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鉄心長の違いによるモータ出力・トルクの外部特性曲線の比較

 

02モーターの高速化に伴い、ベアリングの選択に対する要求が高まっており、ベアリングの寿命を確保するには高速ベアリングが必要です。

03高速モーターは油冷却に適しており、放熱性を確保しながらオイルシール選定の悩みを解消できます。

04モータは高速であるため、高速時の巻線の交流損失を低減するには、平角モータの代わりに丸線モータを使用することが考えられます。

05モーターの極数が固定されている場合、速度の増加によりモーターの動作周波数が増加します。電流高調波を低減するには、パワーモジュールのスイッチング周波数を高める必要があります。したがって、スイッチング周波数耐性が高い SiC コントローラーは、高速モーターの優れたパートナーとなります。

06高速での鉄損を低減するには、低損失かつ高強度の強磁性材料の選択を考慮する必要があります。

07磁気絶縁ブリッジやカーボンファイバーコーティングの最適化などにより、最高速度の1.2倍以上の速度超過によるローターの損傷を防止。

 

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炭素繊維織りの写真

 

要約する

 

 

モーターの速度を上げるとモーターのコストを節約できますが、他のコンポーネントのコストの増加もバランスよく考慮する必要があります。高速モーターは電気駆動システムの開発の方向性になります。これはコストを節約するだけでなく、企業の技術レベルを反映するものでもあります。高速モーターの開発と生産は依然として非常に困難です。新しい材料と新しいプロセスの適用に加えて、電気技術者の卓越した精神も必要です。


投稿時間: 2023 年 4 月 19 日