Почему скорость двигателя становится все выше и выше из-за стоимости?

предисловие

 

 

10 апреля на «Весенней конференции Dongfeng Motor Brand 2023» был представлен новый бренд энергии Mach E.E означает электричество, высокую эффективность, энергосбережение и защиту окружающей среды.Mach E в основном состоит из трех основных продуктовых платформ: электропривода, аккумулятора и дополнительного источника энергии.

 

Среди них часть электропривода Маха имеет следующие характеристики:

 

  • Двигатель с ротором с покрытием из углеродного волокна, скорость может достигать 30 000 об/мин;
  • масляное охлаждение;
  • Плоский статор с 1 пазом и 8 проводами;
  • Контроллер SiC собственной разработки;
  • Максимальный КПД системы может достигать 94,5%.

 

По сравнению с другими технологиями,Ротор с покрытием из углеродного волокна и максимальная скорость 30 000 об/мин стали наиболее отличительными чертами этого электропривода.

 

фото_20230419181816
Электропривод Mach E 30000 об/мин.

 

Высокая скорость вращения и низкая стоимость — неотъемлемая часть Linke

Максимальная скорость нового энергетического двигателя увеличилась с первоначальных 10 000 об/мин до общепопулярных сейчас 15 000–18 000 об/мин.В последнее время компании запустили системы электропривода со скоростью более 20 000 об/мин, так почему же скорость двигателей, использующих новую энергию, становится все выше и выше?

 

Да, результаты, ориентированные на затраты!

 

Ниже приводится анализ взаимосвязи между скоростью двигателя и стоимостью двигателя на теоретическом уровне и уровне моделирования.

 

Новая система электропривода с чистой энергией обычно включает в себя три части: двигатель, контроллер двигателя и коробку передач.Контроллер двигателя является входным концом электрической энергии, редуктор — выходным концом механической энергии, а двигатель — устройством преобразования электрической и механической энергии.Его метод работы заключается в том, что контроллер подает в двигатель электрическую энергию (ток * напряжение).За счет взаимодействия электрической и магнитной энергии внутри двигателя он передает механическую энергию (скорость*крутящий момент) в коробку передач.Коробка передач приводит в движение автомобиль, регулируя скорость и крутящий момент двигателя посредством передаточного числа редуктора.

 

Анализируя формулу крутящего момента двигателя, можно увидеть, что выходной крутящий момент двигателя T2 положительно коррелирует с объемом двигателя.

 

фото_20230419181827
 

N — количество витков статора, I — входной ток статора, B — плотность потока воздуха, R — радиус сердечника ротора, а L — длина сердечника двигателя.

 

В случае обеспечения количества витков двигателя, входного тока контроллера и плотности потока воздушного зазора двигателя, если потребность в выходном крутящем моменте двигателя Т2 снижается, длина или диаметр железный сердечник можно уменьшить.

 

Изменение длины сердечника двигателя не требует замены штампа статора и ротора, и изменение относительно простое, поэтому обычная операция заключается в определении диаметра сердечника и уменьшении длины сердечника. .

 

По мере уменьшения длины железного сердечника количество электромагнитных материалов (железный сердечник, магнитная сталь, обмотка двигателя) двигателя уменьшается.Электромагнитные материалы составляют относительно большую часть стоимости двигателя, около 72%.Если крутящий момент можно уменьшить, стоимость двигателя будет значительно снижена.

 

фото_20230419181832
 

Состав стоимости двигателя

 

Поскольку транспортные средства на новой энергии имеют фиксированную потребность в крутящем моменте на концах колес, если выходной крутящий момент двигателя должен быть уменьшен, передаточное число коробки передач должно быть увеличено, чтобы обеспечить крутящий момент на концах колес транспортного средства.

 

n1=n2/r

Т1=Т2×р

n1 — скорость конца колеса, n2 — скорость двигателя, T1 — крутящий момент колеса, T2 — крутящий момент двигателя, а r — передаточное число.

 

А поскольку транспортные средства на новой энергии по-прежнему требуют максимальной скорости, максимальная скорость транспортного средства также уменьшится после увеличения передаточного числа коробки передач, что неприемлемо, поэтому необходимо увеличить скорость двигателя.

 

Подводить итоги,после того, как двигатель снижает крутящий момент и увеличивает скорость, при разумном передаточном отношении он может снизить стоимость двигателя, обеспечивая при этом требуемую мощность транспортного средства.

Влияние ускорения деторсии на другие свойства01После уменьшения момента и увеличения скорости длина сердечника двигателя уменьшается, повлияет ли это на мощность?Давайте посмотрим на формулу мощности.

 

фото_20230419181837
U — фазное напряжение, I — входной ток статора, cos∅ — коэффициент мощности, η — КПД.

 

Из формулы видно, что в формуле выходной мощности двигателя нет параметров, связанных с типоразмером двигателя, поэтому изменение длины сердечника двигателя мало влияет на мощность.

 

Ниже приведен результат моделирования внешних характеристик определенного двигателя.По сравнению с внешней характеристикой длина железного сердечника уменьшается, выходной крутящий момент двигателя становится меньше, но максимальная выходная мощность не сильно меняется, что также подтверждает приведенный выше теоретический вывод.

фото_20230419181842

Сравнение внешних характеристик мощности и крутящего момента двигателя с различной длиной железного сердечника

 

02Увеличение частоты вращения двигателя выдвигает более высокие требования к выбору подшипников, а для обеспечения ресурса работы подшипников необходимы быстроходные подшипники.

03Высокоскоростные двигатели больше подходят для охлаждения масла, что позволяет избежать проблем с выбором сальника, обеспечивая при этом отвод тепла.

04Из-за высокой скорости двигателя можно рассмотреть возможность использования двигателя с круглым проводом вместо двигателя с плоским проводом, чтобы уменьшить потери переменного тока в обмотке на высокой скорости.

05Когда количество полюсов двигателя фиксировано, рабочая частота двигателя увеличивается за счет увеличения скорости.Чтобы уменьшить гармоники тока, необходимо увеличить частоту коммутации силового модуля.Таким образом, контроллер SiC с высоким сопротивлением частоте переключения является хорошим партнером для высокоскоростных двигателей.

06Чтобы уменьшить потери в железе на высокой скорости, необходимо рассмотреть возможность выбора ферромагнитных материалов с низкими потерями и высокой прочностью.

07Убедитесь, что ротор не может быть поврежден из-за чрезмерной скорости, в 1,2 раза превышающей максимальную скорость, например, путем оптимизации магнитного изолирующего моста, покрытия из углеродного волокна и т. д.

 

фото_20230419181847
Картина плетения из углеродного волокна

 

Подведем итог

 

 

Увеличение скорости двигателя может сэкономить его стоимость, но необходимо также учитывать увеличение стоимости других компонентов.Направлением развития систем электропривода станут высокоскоростные двигатели.Это не только способ экономии затрат, но и отражение технического уровня предприятия.Разработка и производство быстроходных двигателей по-прежнему крайне сложны.Помимо применения новых материалов и новых процессов, это также требует духа мастерства инженеров-электриков.


Время публикации: 19 апреля 2023 г.