Prečo je rýchlosť motora stále vyššia a vyššia v dôsledku nákladov?

predslov

 

 

Na „jarnej konferencii značky motorov Dongfeng 2023“ 10. apríla bola predstavená nová energetická značka Mach E. E znamená elektrickú energiu, vysokú účinnosť, úsporu energie a ochranu životného prostredia.Mach E sa skladá hlavne z troch hlavných produktových platforiem: elektrický pohon, batéria a doplnok energie.

 

Medzi nimi má časť elektrického pohonu Mach tieto vlastnosti:

 

  • Motor s technológiou rotora potiahnutého uhlíkovými vláknami, rýchlosť môže dosiahnuť 30 000 ot / min;
  • chladenie oleja;
  • Stator s plochým drôtom s 1 drážkou a 8 drôtmi;
  • Samostatne vyvinutý regulátor SiC;
  • Maximálna účinnosť systému môže dosiahnuť 94,5%.

 

V porovnaní s inými technológiami,rotor potiahnutý uhlíkovými vláknami a maximálna rýchlosť 30 000 otáčok za minútu sa stali najvýraznejšími vrcholmi tohto elektrického pohonu.

 

微信图片_20230419181816
Elektrický pohon Mach E 30 000 ot./min

 

Vysoké otáčky za minútu a nízke náklady skutočne prepojené

Maximálna rýchlosť nového energetického motora sa zvýšila z pôvodných 10 000 otáčok za minútu na dnes všeobecne populárnych 15 000 – 18 000 otáčok za minútu.Nedávno spoločnosti uviedli na trh elektrické pohonné systémy s viac ako 20 000 otáčkami za minútu, tak prečo je rýchlosť nových energetických motorov stále vyššia a vyššia?

 

Áno, výsledky založené na nákladoch!

 

Nasleduje analýza vzťahu medzi rýchlosťou motora a cenou motora na teoretickej a simulačnej úrovni.

 

Nový energeticky čistý elektrický pohonný systém vo všeobecnosti zahŕňa tri časti, motor, ovládač motora a prevodovku.Regulátor motora je vstupný koniec elektrickej energie, prevodovka je výstupný koniec mechanickej energie a motor je konverzná jednotka elektrickej energie a mechanickej energie.Jeho pracovná metóda spočíva v tom, že regulátor privádza elektrickú energiu (prúd * napätie) do motora.Prostredníctvom interakcie elektrickej energie a magnetickej energie vo vnútri motora odovzdáva mechanickú energiu (otáčky*krútiaci moment) prevodovke.Prevodovka poháňa vozidlo nastavením rýchlosti a krútiaceho momentu motora prostredníctvom redukčného pomeru.

 

Analýzou vzorca krútiaceho momentu motora je možné vidieť, že výstupný krútiaci moment motora T2 pozitívne koreluje s objemom motora.

 

微信图片_20230419181827
 

N je počet závitov statora, I je vstupný prúd statora, B je hustota toku vzduchu, R je polomer jadra rotora a L je dĺžka jadra motora.

 

V prípade zabezpečenia počtu otáčok motora, vstupného prúdu regulátora a hustoty toku vzduchovej medzery motora, ak sa zníži požiadavka na výstupný krútiaci moment T2 motora, dĺžka alebo priemer železné jadro môže byť znížené.

 

Zmena dĺžky jadra motora nezahŕňa zmenu lisovacej matrice statora a rotora a zmena je pomerne jednoduchá, takže bežnou operáciou je určenie priemeru jadra a zmenšenie dĺžky jadra. .

 

S klesajúcou dĺžkou železného jadra sa znižuje množstvo elektromagnetických materiálov (železné jadro, magnetická oceľ, vinutie motora) motora.Elektromagnetické materiály predstavujú relatívne veľkú časť nákladov na motor, čo predstavuje približne 72 %.Ak je možné znížiť krútiaci moment, náklady na motor sa výrazne znížia.

 

微信图片_20230419181832
 

Zloženie nákladov na motor

 

Pretože nové energetické vozidlá majú stálu požiadavku na koncový krútiaci moment kolesa, ak sa má výstupný krútiaci moment motora znížiť, musí sa zvýšiť rýchlostný pomer prevodovky, aby sa zabezpečil koncový krútiaci moment kolesa vozidla.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 je rýchlosť konca kolesa, n2 je rýchlosť motora, T1 je krútiaci moment konca kolesa, T2 je krútiaci moment motora a r je redukčný pomer.

 

A pretože nové energetické vozidlá majú stále požiadavku na maximálnu rýchlosť, maximálna rýchlosť vozidla sa zníži aj po zvýšení rýchlostného pomeru prevodovky, čo je neprijateľné, takže to vyžaduje zvýšenie otáčok motora.

 

Aby som to zhrnul,potom, čo motor zníži krútiaci moment a zrýchli, s primeraným pomerom otáčok, môže znížiť náklady na motor a zároveň zabezpečiť spotrebu energie vozidla.

Vplyv zrýchlenia detorzie na iné vlastnosti01Po znížení krútiaceho momentu a zrýchlení sa zmenšuje dĺžka jadra motora, ovplyvní to výkon? Pozrime sa na vzorec sily.

 

微信图片_20230419181837
U je fázové napätie, I je vstupný prúd statora, cos∅ je účinník a η je účinnosť.

 

Zo vzorca je zrejmé, že vo vzorci výstupného výkonu motora nie sú žiadne parametre súvisiace s veľkosťou motora, takže zmena dĺžky jadra motora má malý vplyv na výkon.

 

Nasleduje výsledok simulácie vonkajších charakteristík určitého motora. V porovnaní s vonkajšou charakteristikou sa dĺžka železného jadra zmenšuje, výstupný krútiaci moment motora sa zmenšuje, ale maximálny výstupný výkon sa príliš nemení, čo tiež potvrdzuje vyššie uvedené teoretické odvodenie.

微信图片_20230419181842

Porovnanie vonkajších charakteristických kriviek výkonu a krútiaceho momentu motora s rôznymi dĺžkami železného jadra

 

02Zvýšenie otáčok motora kladie vyššie požiadavky na výber ložísk a na zabezpečenie životnosti ložísk sú potrebné vysokorýchlostné ložiská.

03Vysokorýchlostné motory sú vhodnejšie na chladenie oleja, čo môže odstrániť problémy s výberom tesnenia a zároveň zabezpečiť odvod tepla.

04Kvôli vysokej rýchlosti motora je možné zvážiť použitie motora s okrúhlym drôtom namiesto motora s plochým drôtom, aby sa znížila strata striedavého prúdu vo vinutí pri vysokej rýchlosti.

05Keď je počet pólov motora pevný, zvyšuje sa prevádzková frekvencia motora v dôsledku zvýšenia rýchlosti. Aby sa znížili prúdové harmonické, je potrebné zvýšiť spínaciu frekvenciu výkonového modulu. Preto je SiC regulátor s vysokým odporom spínacej frekvencie dobrým partnerom pre vysokorýchlostné motory.

06Aby sa znížili straty železa pri vysokej rýchlosti, je potrebné zvážiť výber feromagnetických materiálov s nízkou stratou a vysokou pevnosťou.

07Zabezpečte, aby sa rotor nemohol poškodiť v dôsledku nadmernej rýchlosti pri 1,2-násobku maximálnej rýchlosti, ako je optimalizácia magnetického izolačného mostíka, povlak z uhlíkových vlákien atď.

 

微信图片_20230419181847
Obrázok tkania z uhlíkových vlákien

 

Zhrnúť

 

 

Zvýšenie rýchlosti motora môže ušetriť náklady na motor, ale je potrebné zvážiť aj zvýšenie nákladov na ostatné komponenty.Smerom vývoja elektrických pohonných systémov budú vysokorýchlostné motory. Nie je to len spôsob úspory nákladov, ale aj odraz technickej úrovne podniku.Vývoj a výroba vysokootáčkových motorov je stále mimoriadne náročná. Okrem aplikácie nových materiálov a nových procesov si to vyžaduje aj ducha dokonalosti elektrotechnikov.


Čas odoslania: 19. apríla 2023