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

förord

Vid "2023 Dongfeng Motor Brand Spring Conference" den 10 april släpptes det nya energimärket Mach E. E står för el, hög effektivitet, energibesparing och miljöskydd.Mach E består huvudsakligen av tre stora produktplattformar: eldrift, batteri och energitillskott.

Bland dem har den elektriska drivdelen Mach följande egenskaper:

Motor med kolfiberbelagd rotorteknik, hastigheten kan nå 30 000 rpm;
oljekylning;
Platt trådstator med 1 spår och 8 trådar;
Egenutvecklad SiC-styrenhet;
Systemets maximala effektivitet kan nå 94,5%.

Jämfört med andra tekniker,den kolfiberbelagda rotorn och den maximala hastigheten på 30 000 rpm har blivit de mest utmärkande höjdpunkterna i denna elektriska drivning.

Mach E 30000rpm elektrisk drivning

Högt varvtal och låg kostnad Egen länk

Maxhastigheten för den nya energimotorn har ökat från de ursprungliga 10 000 rpm till de nu allmänt populära 15 000-18 000 rpm.Nyligen har företag lanserat mer än 20 000 rpm elektriska drivsystem, så varför blir hastigheten på nya energimotorer högre och högre?

Ja, kostnadsdrivna resultat!

Följande är en analys av förhållandet mellan motorhastigheten och kostnaden för motorn på teoretisk nivå och simuleringsnivå.

Det nya energirena elektriska drivsystemet består i allmänhet av tre delar, motorn, motorstyrningen och växellådan.Motorstyrenheten är ingångsänden för elektrisk energi, växellådan är utgångsänden för mekanisk energi och motorn är omvandlingsenheten för elektrisk energi och mekanisk energi.Dess arbetsmetod är att styrenheten matar in elektrisk energi (ström * spänning) i motorn.Genom växelverkan mellan elektrisk energi och magnetisk energi inuti motorn matar den ut mekanisk energi (hastighet*vridmoment) till växellådan.Växellådan driver fordonet genom att justera hastigheten och vridmomentet från motorn genom utväxlingsförhållandet.

Genom att analysera motorvridmomentformeln kan man se att motorns utgående vridmoment T2 är positivt korrelerad med motorvolymen.

N är antalet varv på statorn, I är inströmmen till statorn, B är luftflödestätheten, R är radien på rotorkärnan och L är längden på motorkärnan.

För att säkerställa antalet varv på motorn, styrenhetens inström och flödestätheten för motorns luftgap, om kravet på motorns utgående vridmoment T2 minskas, längden eller diametern på motorn. järnkärna kan reduceras.

Ändringen av längden på motorkärnan innebär inte förändring av stämplingsformen på statorn och rotorn, och förändringen är relativt enkel, så den vanliga operationen är att bestämma diametern på kärnan och minska längden på kärnan .

När längden på järnkärnan minskar, minskar mängden elektromagnetiska material (järnkärna, magnetiskt stål, motorlindning) i motorn.Elektromagnetiska material står för en relativt stor del av motorkostnaden och står för cirka 72 %.Om vridmomentet kan minskas kommer motorkostnaden att minska avsevärt.

Motorkostnadssammansättning

Eftersom nya energifordon har ett fast krav på vridmoment i hjuländen, om motorns utgående vridmoment ska minskas, måste växellådans hastighetsförhållande ökas för att säkerställa fordonets vridmoment i hjuländen.

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 är hastigheten för hjuländen, n2 är motorns hastighet, T1 är vridmomentet för hjuländen, T2 är vridmomentet för motorn och r är reduktionsförhållandet.

Och eftersom nya energifordon fortfarande har kravet på maxhastighet, kommer även fordonets maxhastighet att minska efter att växellådans hastighetsförhållande ökat, vilket är oacceptabelt, så detta kräver att motorhastigheten måste ökas.

Sammanfattningsvis,efter att motorn minskar vridmomentet och ökar hastigheten, med ett rimligt hastighetsförhållande, kan det minska kostnaden för motorn samtidigt som fordonets effektbehov säkerställs.

Påverkan av detorsionshastigheten på andra fastigheter01Efter att ha minskat vridmomentet och ökat hastigheten minskar längden på motorkärnan, kommer det att påverka effekten? Låt oss titta på kraftformeln.

U är fasspänningen, I är statorns inström, cos∅ är effektfaktorn och η är verkningsgraden.

Det kan ses från formeln att det inte finns några parametrar relaterade till motorns storlek i formeln för motorns uteffekt, så förändringen av längden på motorkärnan har liten effekt på effekten.

Följande är simuleringsresultatet av de yttre egenskaperna hos en viss motor. Jämfört med den yttre karakteristiska kurvan reduceras längden på järnkärnan, motorns utgående vridmoment blir mindre, men den maximala uteffekten förändras inte mycket, vilket också bekräftar ovanstående teoretiska härledning.

Jämförelse av yttre karakteristiska kurvor för motoreffekt och vridmoment med olika järnkärnlängder

02Ökningen av motorhastigheten ställer högre krav på valet av lager, och höghastighetslager krävs för att säkerställa lagrens livslängd.

03Höghastighetsmotorer är mer lämpade för oljekylning, vilket kan ta bort besväret med oljetätningsval samtidigt som värmeavledning säkerställs.

04På grund av motorns höga hastighet kan det övervägas att använda en rundtrådsmotor istället för en plantrådsmotor för att minska AC-förlusten i lindningen vid hög hastighet.

05När antalet motorpoler är fast, ökar motorns driftfrekvens på grund av ökningen i hastighet. För att minska strömövertonerna är det nödvändigt att öka omkopplingsfrekvensen för effektmodulen. Därför är en SiC-styrenhet med hög kopplingsfrekvensresistans en bra partner för höghastighetsmotorer.

06För att minska järnförlusten vid hög hastighet är det nödvändigt att överväga valet av ferromagnetiska material med låg förlust och hög hållfasthet.

07Se till att rotorn inte kan skadas på grund av för hög hastighet vid 1,2 gånger maxhastigheten, såsom optimering av den magnetiska isoleringsbryggan, kolfiberbeläggning, etc.

Bild för vävning av kolfiber

Sammanfatta

Ökningen av motorhastigheten kan spara kostnaden för motorn, men kostnadsökningen för andra komponenter måste också beaktas i balans.Höghastighetsmotorer kommer att vara utvecklingsriktningen för elektriska drivsystem. Detta är inte bara ett sätt att spara kostnader, utan också en återspegling av företagets tekniska nivå.Utvecklingen och produktionen av höghastighetsmotorer är fortfarande extremt svår. Förutom tillämpningen av nya material och nya processer, kräver det också en anda av excellens hos elektroingenjörer.

Posttid: 2023-apr-19

Varför blir motorns hastighet högre och högre driven av kostnaden?