Чому швидкість двигуна зростає й зростає через вартість?

передмова

 

 

На «Весняній конференції Dongfeng Motor Brand 2023» 10 квітня було представлено новий бренд енергетичної потужності Mach E. E означає електричний, високий ККД, енергозбереження та захист навколишнього середовища.Mach E в основному складається з трьох основних продуктових платформ: електроприводу, батареї та енергетичної добавки.

 

Серед них частина електроприводу Mach має такі характеристики:

 

  • Двигун із технологією ротора, покритого вуглецевим волокном, швидкість може досягати 30 000 об/хв;
  • охолодження масла;
  • Плоский дротяний статор з 1 пазом і 8 проводами;
  • Контролер SiC власної розробки;
  • Максимальний ККД системи може досягати 94,5%.

 

У порівнянні з іншими технологіями,Ротор з вуглецевим волокном і максимальна швидкість 30 000 обертів на хвилину стали найвідмітнішими моментами цього електроприводу.

 

微信图片_20230419181816
Електропривод Mach E 30000об/хв

 

Високий RPM і низька вартість внутрішньо Linke

Максимальна швидкість нового енергетичного двигуна зросла з початкових 10 000 об/хв до загальнопопулярних 15 000-18 000 об/хв.Нещодавно компанії випустили системи електроприводів із частотою обертання понад 20 000 обертів на хвилину, тож чому швидкість нових енергетичних двигунів зростає й зростає?

 

Так, економічні результати!

 

Нижче наведено аналіз зв’язку між швидкістю двигуна та вартістю двигуна на теоретичному рівні та рівнях моделювання.

 

Нова система електричного приводу, що використовує чисту енергію, зазвичай складається з трьох частин: двигуна, контролера двигуна та коробки передач.Контролер двигуна є вхідним кінцем електричної енергії, коробка передач є вихідним кінцем механічної енергії, а двигун є блоком перетворення електричної енергії та механічної енергії.Його метод роботи полягає в тому, що контролер вводить електричну енергію (струм * напруга) в двигун.Через взаємодію електричної та магнітної енергії всередині двигуна він передає механічну енергію (швидкість*крутний момент) на коробку передач.Коробка передач приводить в рух транспортний засіб, регулюючи швидкість і крутний момент двигуна через передавальне число.

 

Аналізуючи формулу крутного моменту двигуна, можна побачити, що вихідний крутний момент двигуна T2 позитивно корелює з об’ємом двигуна.

 

微信图片_20230419181827
 

N - кількість обертів статора, I - вхідний струм статора, B - щільність повітряного потоку, R - радіус сердечника ротора, L - довжина сердечника двигуна.

 

У разі забезпечення кількості обертів двигуна, вхідного струму контролера та щільності потоку повітряного зазору двигуна, якщо вимога до вихідного крутного моменту T2 двигуна зменшується, довжина або діаметр залізне ядро ​​можна зменшити.

 

Зміна довжини сердечника двигуна не передбачає зміни штампа статора та ротора, і зміна відносно проста, тому звичайною операцією є визначення діаметра сердечника та зменшення довжини сердечника. .

 

Оскільки довжина залізного сердечника зменшується, кількість електромагнітних матеріалів (залізний сердечник, магнітна сталь, обмотка двигуна) двигуна зменшується.Електромагнітні матеріали складають відносно велику частку вартості двигуна, що становить близько 72%.Якщо крутний момент можна зменшити, вартість двигуна значно зменшиться.

 

微信图片_20230419181832
 

Склад вартості двигуна

 

Оскільки транспортні засоби з новою енергією мають фіксований попит на крутний момент коліс, якщо потрібно зменшити вихідний крутний момент двигуна, передаточне число коробки передач має бути збільшено, щоб забезпечити крутний момент автомобіля.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 — швидкість обертання колеса, n2 — швидкість двигуна, T1 — крутний момент колеса, T2 — крутний момент двигуна, r — передаточне число.

 

І оскільки нові транспортні засоби, які використовують енергію, все ще мають вимогу щодо максимальної швидкості, максимальна швидкість транспортного засобу також зменшиться після збільшення передавального числа коробки передач, що є неприйнятним, тому це вимагає збільшення швидкості двигуна.

 

Підводячи підсумок,після того, як двигун зменшить крутний момент і прискориться, з розумним співвідношенням швидкостей, це може зменшити вартість двигуна, забезпечуючи при цьому потребу в потужності автомобіля.

Вплив прискорення декручення на інші властивості01Після зменшення крутного моменту та прискорення довжина сердечника двигуна зменшується, чи вплине це на потужність? Давайте розглянемо формулу потужності.

 

微信图片_20230419181837
U — фазна напруга, I — вхідний струм статора, cos∅ — коефіцієнт потужності, η — ККД.

 

З формули видно, що у формулі вихідної потужності двигуна відсутні параметри, пов’язані з розміром двигуна, тому зміна довжини сердечника двигуна мало впливає на потужність.

 

Нижче наведено результат моделювання зовнішніх характеристик певного двигуна. Порівняно із зовнішньою характеристичною кривою довжина залізного сердечника зменшується, вихідний крутний момент двигуна стає меншим, але максимальна вихідна потужність не змінюється, що також підтверджує наведений вище теоретичний висновок.

微信图片_20230419181842

Порівняння зовнішніх характеристичних кривих потужності та крутного моменту двигуна при різних довжинах залізного сердечника

 

02Збільшення швидкості двигуна висуває підвищені вимоги до вибору підшипників, а високошвидкісні підшипники необхідні для забезпечення терміну служби підшипників.

03Високошвидкісні двигуни більше підходять для охолодження масла, що може усунути проблему вибору масляного ущільнення, забезпечуючи при цьому розсіювання тепла.

04Через високу швидкість двигуна можна розглянути можливість використання двигуна з круглим дротом замість двигуна з плоским дротом, щоб зменшити втрати змінного струму в обмотці на високій швидкості.

05Коли кількість полюсів двигуна фіксована, робоча частота двигуна збільшується за рахунок збільшення швидкості. Щоб зменшити гармоніки струму, необхідно збільшити частоту комутації силового модуля. Таким чином, контролер SiC з високим опором частоти комутації є хорошим партнером для високошвидкісних двигунів.

06Щоб зменшити втрати заліза на високій швидкості, необхідно розглянути вибір феромагнітних матеріалів з низькими втратами та високою міцністю.

07Переконайтеся, що ротор не може бути пошкоджений через надмірну швидкість, яка в 1,2 рази перевищує максимальну швидкість, наприклад, оптимізуйте магнітний ізоляційний міст, покриття з вуглецевого волокна тощо.

 

微信图片_20230419181847
Малюнок плетіння з вуглецевого волокна

 

Підведіть підсумки

 

 

Збільшення швидкості двигуна може заощадити вартість двигуна, але збільшення вартості інших компонентів також потрібно розглядати збалансовано.Напрямком розвитку систем електроприводу стануть високошвидкісні двигуни. Це не тільки спосіб економії, але й відображення технічного рівня підприємства.Розробка і виробництво високошвидкісних двигунів все ще вкрай складна. На додаток до застосування нових матеріалів і нових процесів, це також вимагає духу досконалості інженерів-електриків.


Час публікації: 19 квітня 2023 р