Hvorfor blir hastigheten på motoren høyere og høyere drevet av kostnadene?

forord

 

 

På «2023 Dongfeng Motor Brand Spring Conference» 10. april ble det nye energikraftmerket Mach E lansert. E står for elektrisk, høy effektivitet, energisparing og miljøvern.Mach E er hovedsakelig sammensatt av tre store produktplattformer: elektrisk drift, batteri og energitilskudd.

 

Blant dem har den elektriske drivdelen Mach følgende egenskaper:

 

  • Motor med karbonfiberbelagt rotorteknologi, hastigheten kan nå 30 000 rpm;
  • olje kjøling;
  • Flattrådstator med 1 spor og 8 ledninger;
  • Egenutviklet SiC-kontroller;
  • Den maksimale effektiviteten til systemet kan nå 94,5%.

 

Sammenlignet med andre teknologier,den karbonfiberbelagte rotoren og den maksimale hastigheten på 30 000 rpm har blitt de mest karakteristiske høydepunktene i denne elektriske stasjonen.

 

微信图片_20230419181816
Mach E 30000rpm elektrisk stasjon

 

Høye RPM og Lave kostnader Egen Linke

Maksimalhastigheten til den nye energimotoren har økt fra de opprinnelige 10 000 rpm til de nå generelt populære 15 000-18 000 rpm.Nylig har selskaper lansert mer enn 20 000 rpm elektriske drivsystemer, så hvorfor blir hastigheten på nye energimotorer høyere og høyere?

 

Ja, kostnadsdrevne resultater!

 

Det følgende er en analyse av forholdet mellom motorhastigheten og kostnadene for motoren på teoretiske nivåer og simuleringsnivåer.

 

Det nye energirene elektriske drivsystemet inkluderer generelt tre deler, motoren, motorkontrolleren og girkassen.Motorkontrolleren er inngangsenden av elektrisk energi, girkassen er utgangsenden av mekanisk energi, og motoren er konverteringsenheten for elektrisk energi og mekanisk energi.Arbeidsmetoden er at kontrolleren legger inn elektrisk energi (strøm * spenning) inn i motoren.Gjennom samspillet mellom elektrisk energi og magnetisk energi inne i motoren, sender den ut mekanisk energi (hastighet*moment) til girkassen.Girkassen driver kjøretøyet ved å justere hastigheten og dreiemomentet fra motoren gjennom girreduksjonsforholdet.

 

Ved å analysere motormomentformelen kan man se at motorens utgangsmoment T2 er positivt korrelert med motorvolumet.

 

微信图片_20230419181827
 

N er antall omdreininger til statoren, I er inngangsstrømmen til statoren, B er luftflukstettheten, R er radiusen til rotorkjernen, og L er lengden på motorkjernen.

 

Når det gjelder å sikre antall omdreininger til motoren, inngangsstrømmen til kontrolleren og flukstettheten til motorluftgapet, hvis behovet for utgangsmomentet T2 til motoren reduseres, vil lengden eller diameteren til motoren jernkjerne kan reduseres.

 

Endringen av lengden på motorkjernen innebærer ikke endring av stemplingsformen til statoren og rotoren, og endringen er relativt enkel, så den vanlige operasjonen er å bestemme diameteren på kjernen og redusere lengden på kjernen .

 

Når lengden på jernkjernen minker, reduseres mengden av elektromagnetiske materialer (jernkjerne, magnetisk stål, motorvikling) i motoren.Elektromagnetiske materialer står for en relativt stor andel av motorkostnadene, og utgjør omtrent 72 %.Hvis dreiemomentet kan reduseres, vil motorkostnaden reduseres betydelig.

 

微信图片_20230419181832
 

Motorkostnadssammensetning

 

Fordi nye energikjøretøyer har et fast behov for dreiemoment i hjulenden, hvis utgangsmomentet til motoren skal reduseres, må hastighetsforholdet til girkassen økes for å sikre hjulendemomentet til kjøretøyet.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 er hastigheten til hjulenden, n2 er hastigheten til motoren, T1 er dreiemomentet til hjulenden, T2 er dreiemomentet til motoren, og r er reduksjonsforholdet.

 

Og fordi nye energikjøretøy fortsatt har kravet om maksimal hastighet, vil også kjøretøyets maksimalhastighet reduseres etter at hastighetsforholdet til girkassen økes, noe som er uakseptabelt, så dette krever at motorhastigheten må økes.

 

For å oppsummere,etter at motoren reduserer dreiemomentet og øker hastigheten, med et rimelig hastighetsforhold, kan det redusere kostnadene til motoren samtidig som det sikrer kjøretøyets kraftbehov.

Påvirkning av detorsjonshastighet på andre eiendommer01Etter å ha redusert dreiemomentet og øket hastigheten, reduseres lengden på motorkjernen, vil det påvirke kraften? La oss se på kraftformelen.

 

微信图片_20230419181837
U er fasespenningen, I er statorinngangsstrømmen, cos∅ er effektfaktoren, og η er virkningsgraden.

 

Det kan sees fra formelen at det ikke er noen parametere knyttet til størrelsen på motoren i formelen for motorens utgangseffekt, så endringen av lengden på motorkjernen har liten effekt på effekten.

 

Følgende er simuleringsresultatet av de ytre egenskapene til en bestemt motor. Sammenlignet med den eksterne karakteristikkkurven reduseres lengden på jernkjernen, motorens utgangsmoment blir mindre, men den maksimale utgangseffekten endres ikke mye, noe som også bekrefter den ovennevnte teoretiske utledningen.

微信图片_20230419181842

Sammenligning av ytre karakteristiske kurver for motoreffekt og dreiemoment med forskjellige jernkjernelengder

 

02Økningen i motorhastighet stiller høyere krav til valg av lagre, og det kreves høyhastighetslagre for å sikre lagrenes levetid.

03Høyhastighetsmotorer er mer egnet for oljekjøling, noe som kan fjerne problemer med valg av oljetetning samtidig som de sikrer varmeavledning.

04På grunn av motorens høye hastighet kan det vurderes å bruke en rundtrådsmotor i stedet for en flattrådsmotor for å redusere vekselstrømtapet til viklingen ved høy hastighet.

05Når antall motorpoler er fast, øker driftsfrekvensen til motoren på grunn av økningen i hastighet. For å redusere strømharmoniene er det nødvendig å øke bryterfrekvensen til strømmodulen. Derfor er en SiC-kontroller med høy svitsjefrekvensmotstand en god partner for høyhastighetsmotorer.

06For å redusere jerntapet ved høy hastighet, er det nødvendig å vurdere valget av ferromagnetiske materialer med lavt tap og høy styrke.

07Sørg for at rotoren ikke kan skades på grunn av for høy hastighet ved 1,2 ganger maksimal hastighet, slik som optimalisering av den magnetiske isolasjonsbroen, karbonfiberbelegg, etc.

 

微信图片_20230419181847
Carbon fiber veving bilde

 

Oppsummer

 

 

Økningen i motorhastighet kan spare kostnadene til motoren, men kostnadsøkningen for andre komponenter må også vurderes i balanse.Høyhastighetsmotorer vil være utviklingsretningen for elektriske drivsystemer. Dette er ikke bare en måte å spare kostnader på, men også en refleksjon av det tekniske nivået til en bedrift.Utvikling og produksjon av høyhastighetsmotorer er fortsatt ekstremt vanskelig. I tillegg til bruk av nye materialer og nye prosesser, krever det også en ånd av fortreffelighet hos elektroingeniører.


Innleggstid: 19-apr-2023