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

prefaţă

La „2023 Dongfeng Motor Brand Spring Conference” din 10 aprilie, a fost lansat noua marcă de energie Mach E. E reprezintă electricitate, eficiență ridicată, economie de energie și protecție a mediului.Mach E este compus în principal din trei platforme majore de produse: acționare electrică, baterie și supliment de energie.

Printre acestea, partea de acționare electrică Mach are următoarele caracteristici:

Motor cu tehnologie rotor acoperit cu fibră de carbon, turația poate ajunge la 30.000 rpm;
racire cu ulei;
Stator cu fir plat cu 1 fanta si 8 fire;
Controler SiC auto-dezvoltat;
Eficiența maximă a sistemului poate ajunge la 94,5%.

Comparativ cu alte tehnologii,rotorul acoperit cu fibră de carbon și viteza maximă de 30.000 rpm au devenit elementele cele mai distinctive ale acestui motor electric.

Acționare electrică Mach E 30000rpm

RPM ridicat și costuri reduse legate intrinsec

Viteza maximă a noului motor cu energie a crescut de la 10.000 rpm inițiali la 15.000-18.000 rpm, acum populare.Recent, companiile au lansat sisteme de acționare electrică de peste 20.000 rpm, așa că de ce viteza motoarelor noi de energie devine din ce în ce mai mare?

Da, rezultate bazate pe costuri!

Mai jos este o analiză a relației dintre viteza motorului și costul motorului la nivel teoretic și de simulare.

Noul sistem de acționare electric pur cu energie include în general trei părți, motorul, controlerul motorului și cutia de viteze.Controlerul motorului este capătul de intrare al energiei electrice, cutia de viteze este capătul de ieșire al energiei mecanice, iar motorul este unitatea de conversie a energiei electrice și a energiei mecanice.Metoda sa de lucru este ca controlerul să introducă energie electrică (curent * tensiune) în motor.Prin interacțiunea energiei electrice și a energiei magnetice din interiorul motorului, acesta emite energie mecanică (viteză * cuplu) către cutia de viteze.Cutia de viteze conduce vehiculul prin reglarea vitezei și a cuplului ieșit de motor prin raportul de reducere a vitezei.

Analizând formula cuplului motorului, se poate observa că cuplul de ieșire a motorului T2 este corelat pozitiv cu volumul motorului.

N este numărul de spire ale statorului, I este curentul de intrare al statorului, B este densitatea fluxului de aer, R este raza miezului rotorului și L este lungimea miezului motorului.

În cazul asigurării numărului de spire ale motorului, a curentului de intrare al controlerului și a densității de flux a întrefierului motorului, dacă cererea pentru cuplul de ieșire T2 al motorului este redusă, lungimea sau diametrul miezul de fier poate fi redus.

Modificarea lungimii miezului motorului nu implică schimbarea matriței de ștanțare a statorului și rotorului, iar schimbarea este relativ simplă, astfel încât operația obișnuită este de a determina diametrul miezului și de a reduce lungimea miezului. .

Pe măsură ce lungimea miezului de fier scade, cantitatea de materiale electromagnetice (miez de fier, oțel magnetic, înfășurare a motorului) este redusă.Materialele electromagnetice reprezintă o proporție relativ mare din costul motorului, reprezentând aproximativ 72%.Dacă cuplul poate fi redus, costul motorului va fi redus semnificativ.

Compoziția costului motorului

Deoarece vehiculele cu energie noi au o cerere fixă de cuplu la capătul roții, dacă cuplul de ieșire al motorului urmează să fie redus, raportul de viteză al cutiei de viteze trebuie crescut pentru a asigura cuplul la capătul roții al vehiculului.

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 este viteza capului roții, n2 este viteza motorului, T1 este cuplul capătului roții, T2 este cuplul motorului și r este raportul de reducere.

Și pentru că vehiculele cu energie nouă încă mai au cerința vitezei maxime, viteza maximă a vehiculului va scădea și după creșterea raportului de viteză al cutiei de viteze, ceea ce este inacceptabil, așa că aceasta necesită creșterea vitezei motorului.

În concluzie,după ce motorul reduce cuplul și accelerează, cu un raport de viteză rezonabil, poate reduce costul motorului, asigurând în același timp cererea de putere a vehiculului.

Influența accelerării detorsiunii asupra altor proprietăți01După reducerea cuplului și accelerarea, lungimea miezului motorului scade, va afecta puterea? Să ne uităm la formula puterii.

U este tensiunea de fază, I este curentul de intrare al statorului, cos∅ este factorul de putere și η este randamentul.

Din formulă se poate observa că nu există parametri legați de dimensiunea motorului în formula puterii de ieșire a motorului, astfel încât modificarea lungimii miezului motorului are un efect redus asupra puterii.

Următorul este rezultatul simulării caracteristicilor externe ale unui anumit motor. În comparație cu curba caracteristică externă, lungimea miezului de fier este redusă, cuplul de ieșire al motorului devine mai mic, dar puterea maximă de ieșire nu se schimbă mult, ceea ce confirmă și derivația teoretică de mai sus.

Comparația curbelor caracteristice externe ale puterii și cuplului motorului cu diferite lungimi de miez de fier

02Creșterea vitezei motorului impune cerințe mai mari pentru selectarea rulmenților, iar rulmenții de mare viteză sunt necesari pentru a asigura durata de viață a rulmenților.

03Motoarele de mare viteză sunt mai potrivite pentru răcirea uleiului, ceea ce poate elimina problemele de selectare a garniturii de ulei, asigurând în același timp disiparea căldurii.

04Datorită vitezei mari a motorului, se poate lua în considerare utilizarea unui motor cu sârmă rotundă în locul unui motor cu sârmă plată pentru a reduce pierderea AC a înfășurării la viteză mare.

05Când numărul de poli ai motorului este fix, frecvența de funcționare a motorului crește datorită creșterii vitezei. Pentru a reduce armonicile curente, este necesară creșterea frecvenței de comutare a modulului de putere. Prin urmare, un controler SiC cu rezistență ridicată la frecvența de comutare este un partener bun pentru motoarele de mare viteză.

06Pentru a reduce pierderea de fier la viteză mare, este necesar să se ia în considerare selecția materialelor feromagnetice cu pierderi reduse și de înaltă rezistență.

07Asigurați-vă că rotorul nu poate fi deteriorat din cauza vitezei excesive la 1,2 ori viteza maximă, cum ar fi optimizarea punții de izolare magnetică, acoperirea cu fibră de carbon etc.

Imagine de țesut din fibră de carbon

Rezuma

Creșterea vitezei motorului poate economisi costul motorului, dar și creșterea costurilor altor componente trebuie luată în considerare în echilibru.Motoarele de mare viteză vor fi direcția de dezvoltare a sistemelor de acționare electrică. Aceasta nu este doar o modalitate de a economisi costuri, ci și o reflectare a nivelului tehnic al unei întreprinderi.Dezvoltarea și producția de motoare de mare viteză este încă extrem de dificilă. Pe lângă aplicarea de noi materiale și procese noi, este nevoie și de spiritul de excelență al inginerilor electricieni.

Ora postării: 19.04.2023

De ce viteza motorului devine din ce în ce mai mare determinată de costuri?