Waarom wordt de snelheid van de motor steeds hoger vanwege de kosten?

voorwoord

 

 

Op de “2023 Dongfeng Motor Brand Spring Conference” op 10 april werd het nieuwe energiekrachtmerk Mach E uitgebracht. E staat voor elektrisch, hoog rendement, energiebesparing en milieubescherming.Mach E bestaat hoofdzakelijk uit drie grote productplatforms: elektrische aandrijving, batterij en energiesupplement.

 

Onder hen heeft het elektrische aandrijfgedeelte van Mach de volgende kenmerken:

 

  • Motor met met koolstofvezel gecoate rotortechnologie, het toerental kan 30.000 tpm bereiken;
  • oliekoeling;
  • Platte draadstator met 1 gleuf en 8 draden;
  • Zelf ontwikkelde SiC-controller;
  • De maximale efficiëntie van het systeem kan 94,5% bereiken.

 

Vergeleken met andere technologieën isde met koolstofvezel gecoate rotor en het maximale toerental van 30.000 tpm zijn de meest onderscheidende hoogtepunten van deze elektrische aandrijving geworden.

 

微信图foto_20230419181816
Mach E 30.000 tpm elektrische aandrijving

 

Hoge RPM en lage kosten zijn intrinsiek verbonden

Het maximale toerental van de nieuwe energiemotor is gestegen van de oorspronkelijke 10.000 tpm naar de nu algemeen populaire 15.000-18.000 tpm.Onlangs hebben bedrijven elektrische aandrijfsystemen met meer dan 20.000 tpm gelanceerd, dus waarom wordt de snelheid van nieuwe energiemotoren steeds hoger?

 

Ja, kostengedreven resultaat!

 

Het volgende is een analyse van de relatie tussen het motortoerental en de kosten van de motor op theoretisch en simulatieniveau.

 

Het nieuwe, puur elektrische aandrijfsysteem bestaat doorgaans uit drie delen: de motor, de motorcontroller en de versnellingsbak.De motorcontroller is het ingangseinde van elektrische energie, de versnellingsbak is het uitgangseinde van mechanische energie en de motor is de conversie-eenheid van elektrische energie en mechanische energie.De werkwijze is dat de controller elektrische energie (stroom * spanning) in de motor stuurt.Door de interactie van elektrische energie en magnetische energie in de motor, wordt mechanische energie (snelheid*koppel) naar de versnellingsbak gestuurd.De versnellingsbak drijft het voertuig aan door de snelheid en het koppel van de motor aan te passen via de overbrengingsverhouding.

 

Door de motorkoppelformule te analyseren, kan worden gezien dat het motoruitgangskoppel T2 positief gecorreleerd is met het motorvolume.

 

微信图foto_20230419181827
 

N is het aantal windingen van de stator, I is de ingangsstroom van de stator, B is de luchtstroomdichtheid, R is de straal van de rotorkern en L is de lengte van de motorkern.

 

In het geval dat het aantal windingen van de motor, de ingangsstroom van de controller en de fluxdichtheid van de luchtspleet van de motor worden gegarandeerd, als de vraag naar het uitgangskoppel T2 van de motor wordt verminderd, wordt de lengte of diameter van de motor ijzeren kern kan worden verminderd.

 

De verandering van de lengte van de motorkern brengt niet de verandering van de stempelmatrijs van de stator en rotor met zich mee, en de verandering is relatief eenvoudig, dus de gebruikelijke handeling is het bepalen van de diameter van de kern en het verkleinen van de lengte van de kern .

 

Naarmate de lengte van de ijzeren kern afneemt, wordt de hoeveelheid elektromagnetische materialen (ijzeren kern, magnetisch staal, motorwikkeling) van de motor verminderd.Elektromagnetische materialen vertegenwoordigen een relatief groot deel van de motorkosten, namelijk ongeveer 72%.Als het koppel kan worden verminderd, zullen de motorkosten aanzienlijk worden verlaagd.

 

微信图foto_20230419181832
 

Samenstelling van de motorkosten

 

Omdat nieuwe energievoertuigen een vaste vraag naar wieleindkoppel hebben, moet, als het uitgangskoppel van de motor moet worden verminderd, de snelheidsverhouding van de versnellingsbak worden verhoogd om het wieleindkoppel van het voertuig te garanderen.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 is de snelheid van het wieluiteinde, n2 is de snelheid van de motor, T1 is het koppel van het wieluiteinde, T2 is het koppel van de motor en r is de reductieverhouding.

 

En omdat nieuwe energievoertuigen nog steeds de eis van maximale snelheid stellen, zal de maximale snelheid van het voertuig ook afnemen nadat de snelheidsverhouding van de versnellingsbak wordt verhoogd, wat onaanvaardbaar is, dus dit vereist dat het motortoerental moet worden verhoogd.

 

Samenvattend,nadat de motor het koppel heeft verminderd en versnelt, met een redelijke snelheidsverhouding, kan deze de kosten van de motor verlagen en tegelijkertijd de vermogensbehoefte van het voertuig garanderen.

Invloed van de-torsiesnelheid op andere eigenschappen01Na het verminderen van het koppel en het versnellen neemt de lengte van de motorkern af. Heeft dit invloed op het vermogen? Laten we eens kijken naar de krachtformule.

 

微信图foto_20230419181837
U is de fasespanning, I is de ingangsstroom van de stator, cos∅ is de arbeidsfactor en η is het rendement.

 

Uit de formule blijkt dat er geen parameters zijn die verband houden met de grootte van de motor in de formule van het motoruitgangsvermogen, dus de verandering van de lengte van de motorkern heeft weinig effect op het vermogen.

 

Het volgende is het simulatieresultaat van de externe kenmerken van een bepaalde motor. Vergeleken met de externe karakteristiek wordt de lengte van de ijzeren kern verkleind, wordt het uitgangskoppel van de motor kleiner, maar verandert het maximale uitgangsvermogen niet veel, wat ook de bovenstaande theoretische afleiding bevestigt.

微信图foto_20230419181842

Vergelijking van externe karakteristieken van motorvermogen en koppel met verschillende ijzeren kernlengtes

 

02De toename van het motortoerental stelt hogere eisen aan de selectie van lagers, en hogesnelheidslagers zijn vereist om de levensduur van de lagers te garanderen.

03Hogesnelheidsmotoren zijn geschikter voor oliekoeling, waardoor de problemen bij het selecteren van oliekeerringen kunnen worden weggenomen en tegelijkertijd de warmteafvoer wordt gewaarborgd.

04Vanwege het hoge toerental van de motor kan worden overwogen om in plaats van een platte draadmotor een ronddraadmotor te gebruiken om het AC-verlies van de wikkeling bij hoge snelheid te verminderen.

05Wanneer het aantal motorpolen vast is, neemt de werkfrequentie van de motor toe als gevolg van de snelheidstoename. Om de huidige harmonischen te verminderen, is het noodzakelijk om de schakelfrequentie van de vermogensmodule te verhogen. Daarom is een SiC-controller met een hoge schakelfrequentieweerstand een goede partner voor hogesnelheidsmotoren.

06Om het ijzerverlies bij hoge snelheden te verminderen, is het noodzakelijk om de keuze van ferromagnetische materialen met laag verlies en hoge sterkte te overwegen.

07Zorg ervoor dat de rotor niet beschadigd kan raken door een te hoog toerental bij 1,2 maal het maximale toerental, zoals optimalisatie van de magnetische isolatiebrug, koolstofvezelcoating etc.

 

微信图foto_20230419181847
Koolstofvezel weefbeeld

 

Samenvatten

 

 

De verhoging van het motortoerental kan de kosten van de motor besparen, maar de kostenstijging van andere componenten moet ook in evenwicht worden beschouwd.Hogesnelheidsmotoren zullen de ontwikkelingsrichting van elektrische aandrijfsystemen zijn. Dit is niet alleen een manier om kosten te besparen, maar ook een weerspiegeling van het technische niveau van een onderneming.De ontwikkeling en productie van hogesnelheidsmotoren is nog steeds uiterst moeilijk. Naast de toepassing van nieuwe materialen en nieuwe processen vereist dit ook de geest van uitmuntendheid van elektrotechnici.


Posttijd: 19 april 2023