Por que a velocidade do motor está cada vez mais alta devido ao custo?

prefácio

 

 

Na “2023 Dongfeng Motor Brand Spring Conference” em 10 de abril, a nova marca de energia Mach E foi lançada. E significa eletricidade, alta eficiência, economia de energia e proteção ambiental.Mach E é composto principalmente por três plataformas principais de produtos: acionamento elétrico, bateria e suplemento de energia.

 

Dentre eles, a parte do acionamento elétrico Mach possui as seguintes características:

 

  • Motor com tecnologia de rotor revestido de fibra de carbono, a velocidade pode chegar a 30.000 rpm;
  • resfriamento de óleo;
  • Estator de fio plano com 1 slot e 8 fios;
  • Controlador SiC autodesenvolvido;
  • A eficiência máxima do sistema pode chegar a 94,5%.

 

Em comparação com outras tecnologias,o rotor revestido de fibra de carbono e a velocidade máxima de 30.000 rpm tornaram-se os destaques mais distintivos deste acionamento elétrico.

 

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Acionamento elétrico Mach E 30.000 rpm

 

Alto RPM e baixo custo intrinsecamente Linke

A velocidade máxima do novo motor energético aumentou das 10.000 rpm iniciais para as agora populares 15.000-18.000 rpm.Recentemente, as empresas lançaram sistemas de acionamento elétrico de mais de 20.000 rpm, então por que a velocidade dos novos motores de energia está cada vez mais alta?

 

Sim, resultados baseados em custos!

 

A seguir está uma análise da relação entre a velocidade do motor e o custo do motor nos níveis teórico e de simulação.

 

O novo sistema de acionamento elétrico puro de energia geralmente inclui três partes: o motor, o controlador do motor e a caixa de engrenagens.O controlador do motor é a extremidade de entrada da energia elétrica, a caixa de engrenagens é a extremidade de saída da energia mecânica e o motor é a unidade de conversão de energia elétrica e energia mecânica.Seu método de trabalho é que o controlador insira energia elétrica (corrente * tensão) no motor.Através da interação de energia elétrica e energia magnética dentro do motor, ele emite energia mecânica (velocidade*torque) para a caixa de engrenagens.A caixa de engrenagens aciona o veículo ajustando a velocidade e o torque gerado pelo motor por meio da relação de redução de marcha.

 

Ao analisar a fórmula do torque do motor, pode-se observar que o torque de saída do motor T2 está positivamente correlacionado com o volume do motor.

 

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N é o número de voltas do estator, I é a corrente de entrada do estator, B é a densidade do fluxo de ar, R é o raio do núcleo do rotor e L é o comprimento do núcleo do motor.

 

No caso de garantir o número de voltas do motor, a corrente de entrada do controlador e a densidade de fluxo do entreferro do motor, se a demanda pelo torque de saída T2 do motor for reduzida, o comprimento ou diâmetro do núcleo de ferro pode ser reduzido.

 

A alteração do comprimento do núcleo do motor não envolve a alteração da matriz de estampagem do estator e do rotor, e a alteração é relativamente simples, portanto a operação usual é determinar o diâmetro do núcleo e reduzir o comprimento do núcleo .

 

À medida que o comprimento do núcleo de ferro diminui, a quantidade de materiais eletromagnéticos (núcleo de ferro, aço magnético, enrolamento do motor) do motor é reduzida.Os materiais eletromagnéticos representam uma proporção relativamente grande do custo do motor, representando cerca de 72%.Se o torque puder ser reduzido, o custo do motor será significativamente reduzido.

 

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Composição do custo do motor

 

Como os veículos de nova energia têm uma demanda fixa de torque nas extremidades das rodas, se o torque de saída do motor for reduzido, a relação de velocidade da caixa de câmbio deve ser aumentada para garantir o torque nas extremidades das rodas do veículo.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 é a velocidade da extremidade da roda, n2 é a velocidade do motor, T1 é o torque da extremidade da roda, T2 é o torque do motor e r é a taxa de redução.

 

E como os veículos de nova energia ainda têm o requisito de velocidade máxima, a velocidade máxima do veículo também diminuirá após o aumento da relação de velocidade da caixa de câmbio, o que é inaceitável, portanto, isso exige que a velocidade do motor seja aumentada.

 

Resumindo,depois que o motor reduz o torque e acelera, com uma relação de velocidade razoável, pode reduzir o custo do motor e, ao mesmo tempo, garantir a demanda de potência do veículo.

Influência da aceleração da destorção em outras propriedades01Após reduzir o torque e acelerar, o comprimento do núcleo do motor diminui, isso afetará a potência? Vejamos a fórmula do poder.

 

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U é a tensão de fase, I é a corrente de entrada do estator, cos∅ é o fator de potência e η é a eficiência.

 

Pode-se observar pela fórmula que não há parâmetros relacionados ao tamanho do motor na fórmula da potência de saída do motor, portanto a alteração do comprimento do núcleo do motor tem pouco efeito na potência.

 

A seguir está o resultado da simulação das características externas de um determinado motor. Comparado com a curva característica externa, o comprimento do núcleo de ferro é reduzido, o torque de saída do motor torna-se menor, mas a potência máxima de saída não muda muito, o que também confirma a derivação teórica acima.

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Comparação de curvas características externas de potência e torque de motores com diferentes comprimentos de núcleo de ferro

 

02O aumento na velocidade do motor impõe requisitos mais elevados para a seleção de rolamentos, e rolamentos de alta velocidade são necessários para garantir a vida útil dos rolamentos.

03Os motores de alta velocidade são mais adequados para resfriamento de óleo, o que pode eliminar o problema de seleção do retentor de óleo e, ao mesmo tempo, garantir a dissipação de calor.

04Devido à alta velocidade do motor, pode-se considerar o uso de um motor de fio redondo em vez de um motor de fio plano para reduzir a perda CA do enrolamento em alta velocidade.

05Quando o número de pólos do motor é fixo, a frequência de operação do motor aumenta devido ao aumento da velocidade. Para reduzir as harmônicas de corrente, é necessário aumentar a frequência de chaveamento do módulo de potência. Portanto, um controlador SiC com alta resistência à frequência de comutação é um bom parceiro para motores de alta velocidade.

06Para reduzir a perda de ferro em alta velocidade, é necessário considerar a seleção de materiais ferromagnéticos de baixa perda e alta resistência.

07Certifique-se de que o rotor não possa ser danificado devido à velocidade excessiva em 1,2 vezes a velocidade máxima, como otimização da ponte de isolamento magnético, revestimento de fibra de carbono, etc.

 

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Imagem de tecelagem de fibra de carbono

 

Resumir

 

 

O aumento na velocidade do motor pode economizar o custo do motor, mas o aumento do custo de outros componentes também precisa ser considerado em equilíbrio.Os motores de alta velocidade serão a direção de desenvolvimento dos sistemas de acionamento elétrico. Esta não é apenas uma forma de poupar custos, mas também um reflexo do nível técnico de uma empresa.O desenvolvimento e a produção de motores de alta velocidade ainda são extremamente difíceis. Além da aplicação de novos materiais e novos processos, também exige o espírito de excelência dos engenheiros elétricos.


Horário da postagem: 19 de abril de 2023