เหตุใดความเร็วของมอเตอร์จึงสูงขึ้นเรื่อย ๆ ขับเคลื่อนด้วยต้นทุน?

คำนำ

 

 

ที่งาน “2023 Dongfeng Motor Brand Spring Conference” เมื่อวันที่ 10 เมษายน แบรนด์พลังงานพลังงานใหม่ Mach E ได้เปิดตัว E ย่อมาจากไฟฟ้า ประสิทธิภาพสูง การประหยัดพลังงาน และการปกป้องสิ่งแวดล้อมMach E ประกอบด้วยแพลตฟอร์มผลิตภัณฑ์หลักสามส่วน ได้แก่ ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า แบตเตอรี่ และผลิตภัณฑ์เสริมพลังงาน

 

ในบรรดาชิ้นส่วนขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าของ Mach มีลักษณะดังต่อไปนี้:

 

  • มอเตอร์ที่มีเทคโนโลยีโรเตอร์เคลือบคาร์บอนไฟเบอร์ความเร็วสามารถเข้าถึง 30,000 รอบต่อนาที
  • ระบายความร้อนด้วยน้ำมัน
  • สเตเตอร์ลวดแบนพร้อม 1 ช่องและ 8 สาย
  • ตัวควบคุม SiC ที่พัฒนาขึ้นเอง
  • ประสิทธิภาพสูงสุดของระบบสามารถเข้าถึง 94.5%

 

เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีอื่นๆโรเตอร์เคลือบคาร์บอนไฟเบอร์และความเร็วสูงสุด 30,000 รอบต่อนาที กลายเป็นจุดเด่นที่โดดเด่นที่สุดของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าคันนี้

 

微信Image_20230419181816
มัคอี 30,000 รอบต่อนาที ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า

 

RPM สูงและต้นทุนต่ำเชื่อมโยงภายใน

ความเร็วสูงสุดของมอเตอร์พลังงานใหม่เพิ่มขึ้นจาก 10,000 รอบต่อนาทีเริ่มต้นเป็น 15,000-18,000 รอบต่อนาทียอดนิยมในปัจจุบันเมื่อเร็วๆ นี้ บริษัทต่างๆ ได้เปิดตัวระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ามากกว่า 20,000 รอบต่อนาที แล้วเหตุใดความเร็วของมอเตอร์พลังงานใหม่จึงสูงขึ้นเรื่อยๆ

 

ใช่ ผลลัพธ์ที่ขับเคลื่อนด้วยต้นทุน!

 

ต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วมอเตอร์กับต้นทุนของมอเตอร์ในระดับทฤษฎีและการจำลอง

 

โดยทั่วไประบบขับเคลื่อนไฟฟ้าบริสุทธิ์พลังงานใหม่ประกอบด้วยสามส่วน ได้แก่ มอเตอร์ ตัวควบคุมมอเตอร์ และกระปุกเกียร์ตัวควบคุมมอเตอร์คือปลายอินพุตของพลังงานไฟฟ้า กระปุกเกียร์คือปลายเอาท์พุตของพลังงานกล และมอเตอร์เป็นหน่วยแปลงพลังงานไฟฟ้าและพลังงานกลวิธีการทำงานของมันคือตัวควบคุมจะป้อนพลังงานไฟฟ้า (กระแส * แรงดันไฟฟ้า) เข้าไปในมอเตอร์โดยการทำงานร่วมกันของพลังงานไฟฟ้าและพลังงานแม่เหล็กภายในมอเตอร์ พลังงานกลจะส่งออกไปยังกระปุกเกียร์กล่องเกียร์ขับเคลื่อนยานพาหนะโดยการปรับความเร็วและแรงบิดเอาท์พุตของมอเตอร์ผ่านอัตราส่วนทดเกียร์

 

จากการวิเคราะห์สูตรแรงบิดของมอเตอร์ จะเห็นได้ว่าแรงบิดเอาท์พุตของมอเตอร์ T2 มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับปริมาตรของมอเตอร์

 

微信Image_20230419181827
 

N คือจำนวนรอบของสเตเตอร์ I คือกระแสอินพุตของสเตเตอร์ B คือความหนาแน่นของฟลักซ์อากาศ R คือรัศมีของแกนโรเตอร์ และ L คือความยาวของแกนมอเตอร์

 

ในกรณีที่ต้องแน่ใจว่าจำนวนรอบของมอเตอร์ กระแสอินพุทของตัวควบคุม และความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศของมอเตอร์ ถ้าความต้องการแรงบิดเอาท์พุต T2 ของมอเตอร์ลดลง ความยาวหรือเส้นผ่านศูนย์กลางของ แกนเหล็กสามารถลดลงได้

 

การเปลี่ยนแปลงความยาวของแกนมอเตอร์ไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของแม่พิมพ์ปั๊มของสเตเตอร์และโรเตอร์ และการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างง่าย ดังนั้นการดำเนินการตามปกติคือการกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนและลดความยาวของแกน .

 

เมื่อความยาวของแกนเหล็กลดลง ปริมาณของวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า (แกนเหล็ก เหล็กแม่เหล็ก ขดลวดมอเตอร์) ของมอเตอร์ก็จะลดลงวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้ามีสัดส่วนค่อนข้างมากของต้นทุนมอเตอร์ ซึ่งคิดเป็นประมาณ 72%หากแรงบิดลดลงได้ ต้นทุนมอเตอร์ก็จะลดลงอย่างมาก

 

微信Image_20230419181832
 

องค์ประกอบต้นทุนมอเตอร์

 

เนื่องจากรถยนต์พลังงานใหม่มีความต้องการแรงบิดที่ปลายล้อคงที่ หากแรงบิดเอาท์พุตของมอเตอร์ลดลง จะต้องเพิ่มอัตราส่วนความเร็วของกระปุกเกียร์เพื่อให้แน่ใจว่าแรงบิดที่ปลายล้อของยานพาหนะ

 

n1=n2/รอบ

T1=T2×ร

n1 คือความเร็วของปลายล้อ n2 คือความเร็วของมอเตอร์ T1 คือแรงบิดของปลายล้อ T2 คือแรงบิดของมอเตอร์ และ r คืออัตราส่วนการลด

 

และเนื่องจากรถยนต์พลังงานใหม่ยังคงมีข้อกำหนดความเร็วสูงสุด ความเร็วสูงสุดของยานพาหนะก็จะลดลงเช่นกันหลังจากอัตราส่วนความเร็วของกระปุกเกียร์เพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นที่ยอมรับไม่ได้ ดังนั้นจึงต้องเพิ่มความเร็วของมอเตอร์

 

สรุปก็คือหลังจากที่มอเตอร์ลดแรงบิดและความเร็วเพิ่มขึ้น ด้วยอัตราส่วนความเร็วที่เหมาะสม ก็สามารถลดต้นทุนของมอเตอร์ในขณะเดียวกันก็รับประกันความต้องการพลังงานของยานพาหนะ

อิทธิพลของการเร่งความเร็วของการลดแรงบิดต่อคุณสมบัติอื่นๆ01หลังจากลดแรงบิดและเร่งความเร็วแล้วความยาวของแกนมอเตอร์ก็ลดลงจะส่งผลต่อกำลังหรือไม่? มาดูสูตรยกกำลังกัน

 

微信Image_20230419181837
U คือแรงดันไฟฟ้าเฟส I คือกระแสอินพุตสเตเตอร์ cos∅ คือตัวประกอบกำลัง และ η คือประสิทธิภาพ

 

จากสูตรจะเห็นได้ว่าไม่มีพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับขนาดของมอเตอร์ในสูตรกำลังเอาท์พุตของมอเตอร์ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความยาวของแกนมอเตอร์จึงส่งผลต่อกำลังเพียงเล็กน้อย

 

ต่อไปนี้คือผลการจำลองลักษณะภายนอกของมอเตอร์บางตัว เมื่อเทียบกับเส้นโค้งลักษณะภายนอก ความยาวของแกนเหล็กจะลดลง แรงบิดเอาท์พุตของมอเตอร์จะน้อยลง แต่กำลังเอาท์พุตสูงสุดไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก ซึ่งยืนยันที่มาทางทฤษฎีข้างต้นด้วย

微信Image_20230419181842

การเปรียบเทียบเส้นโค้งลักษณะภายนอกของกำลังมอเตอร์และแรงบิดกับความยาวแกนเหล็กที่แตกต่างกัน

 

02การเพิ่มความเร็วของมอเตอร์ทำให้มีความต้องการที่สูงขึ้นในการเลือกตลับลูกปืน และต้องใช้ตลับลูกปืนความเร็วสูงเพื่อให้มั่นใจถึงอายุการใช้งานของตลับลูกปืน

03มอเตอร์ความเร็วสูงเหมาะสำหรับการระบายความร้อนด้วยน้ำมันมากกว่า ซึ่งสามารถขจัดปัญหาในการเลือกซีลน้ำมันพร้อมทั้งรับประกันการกระจายความร้อน

04เนื่องจากมอเตอร์มีความเร็วสูง จึงอาจพิจารณาใช้มอเตอร์ลวดกลมแทนมอเตอร์ลวดแบน เพื่อลดการสูญเสีย AC ของขดลวดที่ความเร็วสูง

05เมื่อจำนวนขั้วมอเตอร์ถูกกำหนดไว้ ความถี่ในการทำงานของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากความเร็วที่เพิ่มขึ้น เพื่อลดกระแสฮาร์โมนิกส์ จำเป็นต้องเพิ่มความถี่ในการสวิตชิ่งของโมดูลจ่ายไฟ ดังนั้นตัวควบคุม SiC ที่มีความต้านทานความถี่สวิตชิ่งสูงจึงเป็นคู่หูที่ดีสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูง

06เพื่อลดการสูญเสียธาตุเหล็กด้วยความเร็วสูง จำเป็นต้องพิจารณาการเลือกวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกที่มีการสูญเสียต่ำและมีความแข็งแรงสูง

07ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโรเตอร์ไม่เสียหายเนื่องจากความเร็วเกินที่ 1.2 เท่าของความเร็วสูงสุด เช่น การปรับปรุงประสิทธิภาพของสะพานแยกแม่เหล็ก การเคลือบคาร์บอนไฟเบอร์ เป็นต้น

 

微信Image_20230419181847
ภาพการทอผ้าคาร์บอนไฟเบอร์

 

สรุป

 

 

การเพิ่มความเร็วของมอเตอร์สามารถประหยัดต้นทุนของมอเตอร์ได้ แต่ต้องพิจารณาการเพิ่มต้นทุนของส่วนประกอบอื่นๆ อย่างสมดุลด้วยมอเตอร์ความเร็วสูงจะเป็นทิศทางการพัฒนาระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า นี่ไม่ได้เป็นเพียงวิธีการประหยัดต้นทุนเท่านั้น แต่ยังสะท้อนถึงระดับทางเทคนิคขององค์กรอีกด้วยการพัฒนาและการผลิตมอเตอร์ความเร็วสูงยังคงเป็นเรื่องยากมาก นอกเหนือจากการใช้วัสดุใหม่และกระบวนการใหม่แล้ว ยังต้องใช้จิตวิญญาณแห่งความเป็นเลิศของวิศวกรไฟฟ้าอีกด้วย


เวลาโพสต์: 19 เมษายน-2023