Động cơ tốc độ cao mới cung cấp mật độ công suất được cải thiện để sử dụng cho xe điện

Động cơ tốc độ cao mới cung cấp mật độ công suất được cải thiện để sử dụng cho xe điện

    Động cơ tốc độ cao mới cung cấp mật độ công suất được cải thiện để sử dụng cho xe điện
    bởi Neil Martin, Đại học New South Wales

    New very-high-speed motor offers improved power density for use in electric vehicles
    Động cơ mới do nhóm nghiên cứu tại UNSW thiết kế và chế tạo là một cải tiến trên các IPMSM hiện có (Động cơ máy đồng bộ nam châm vĩnh cửu bên trong), được sử dụng chủ yếu trong truyền động lực kéo của xe điện. Ảnh: Tiến sĩ Guoyo Chu
    Các kỹ sư của UNSW đã chế tạo một động cơ tốc độ cao mới có tiềm năng tăng phạm vi hoạt động của các loại xe điện.

    Thiết kế của động cơ loại IPMSM nguyên mẫu được lấy cảm hứng từ hình dạng của cây cầu đường sắt dài nhất ở Hàn Quốc và đã đạt tốc độ 100.000 vòng / phút.

    Công suất và tốc độ tối đa mà động cơ mới này đạt được đã thành công vượt và gấp đôi kỷ lục tốc độ cao hiện có của IPMSM nhiều lớp (Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bên trong), khiến nó trở thành IPMSM nhanh nhất thế giới từng được chế tạo bằng vật liệu cán thương mại.

    Quan trọng nhất, động cơ có thể tạo ra mật độ công suất rất cao, có lợi cho EVs trong việc giảm trọng lượng tổng thể và do đó tăng phạm vi cho bất kỳ lần sạc nhất định nào.

    Công nghệ mới được phát triển bởi nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Rukmi Dutta và Tiến sĩ Guoyu Chu từ Trường Kỹ thuật Điện và Viễn thông UNSW phát triển, là một cải tiến trên các IPMSM hiện có, được sử dụng chủ yếu trong hệ thống truyền động lực kéo của xe điện.

    Động cơ loại IPMSM có nam châm được gắn trong rôto của nó để tạo ra mô-men xoắn mạnh cho phạm vi tốc độ mở rộng. Tuy nhiên, các IPMSM hiện tại có độ bền cơ học thấp do các cầu sắt mỏng trong rôto của chúng, điều này làm hạn chế tốc độ tối đa của chúng.

    Nhưng nhóm UNSW đã được cấp bằng sáng chế cho một cấu trúc liên kết rôto mới giúp cải thiện đáng kể độ bền, đồng thời giảm lượng vật liệu đất hiếm trên mỗi đơn vị sản xuất điện.

    Cầu nối tương lai

    Thiết kế mới dựa trên các đặc tính kỹ thuật của cầu đường sắt Gyopo, một cấu trúc vòm buộc đôi ở Hàn Quốc, cũng như kỹ thuật phân bổ ứng suất cơ học dựa trên đường cong phức hợp.


    Thiết kế của động cơ IPMSM mới được lấy từ cây cầu đường sắt vòm buộc đôi ở Gyopo, Hàn Quốc. Tín dụng: Tiến sĩ Guoyo Chu
    Và mật độ công suất ấn tượng của động cơ có khả năng mang lại hiệu suất cải thiện cho xe điện, nơi trọng lượng cực kỳ quan trọng.

    Tiến sĩ Chu nói: “Một trong những xu hướng của xe điện là chúng có động cơ quay ở tốc độ cao hơn.

    "Mọi nhà sản xuất xe điện đều cố gắng phát triển động cơ tốc độ cao và lý do là bản chất của quy luật vật lý cho phép bạn thu nhỏ kích thước của cỗ máy đó. Và với một chiếc máy nhỏ hơn, nó nặng hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn, do đó giúp xe có phạm vi hoạt động xa hơn.

    "Với dự án nghiên cứu này, chúng tôi đã cố gắng đạt được tốc độ tối đa tuyệt đối và chúng tôi đã ghi nhận được hơn 100.000 vòng quay mỗi phút và mật độ công suất cực đại là khoảng 7kW trên kilogam.

    "Đối với động cơ xe điện, chúng tôi thực sự sẽ giảm tốc độ phần nào, nhưng điều đó cũng làm tăng sức mạnh của nó. Chúng tôi có thể mở rộng và tối ưu hóa để cung cấp công suất và tốc độ trong một phạm vi nhất định — ví dụ: động cơ 200kW với tốc độ tối đa khoảng 18.000 vòng / phút hoàn toàn phù hợp với các ứng dụng EV.

    "Nếu một nhà sản xuất xe điện, như Tesla, muốn sử dụng động cơ này thì tôi tin rằng sẽ chỉ mất khoảng 6 đến 12 tháng để sửa đổi nó dựa trên các thông số kỹ thuật của họ.

    "Chúng tôi có gói phần mềm thiết kế máy của riêng mình, nơi chúng tôi có thể nhập các yêu cầu về tốc độ hoặc mật độ năng lượng và chạy hệ thống trong vài tuần và nó cung cấp cho chúng tôi thiết kế tối ưu đáp ứng những nhu cầu đó."

    Động cơ nguyên mẫu IPMSM mới được phát triển bằng cách sử dụng chương trình tối ưu hóa do AI hỗ trợ rất riêng của nhóm UNSW, chương trình này đã đánh giá một loạt thiết kế cho một loạt các khía cạnh vật lý khác nhau - cụ thể là điện, từ, cơ và nhiệt.

    Chương trình đánh giá 90 thiết kế tiềm năng, sau đó chọn ra 50% các tùy chọn tốt nhất để tạo ra một loạt các thiết kế mới, v.v., cho đến khi đạt được mức tối ưu. Động cơ cuối cùng là thế hệ thứ 120 được chương trình phân tích.

    Ngoài xe điện, động cơ còn có nhiều ứng dụng tiềm năng khác. Một trong số đó là hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) lớn đòi hỏi máy nén tốc độ cao sử dụng một dạng chất làm lạnh mới giúp giảm đáng kể tác động đến sự nóng lên toàn cầu.

    Nó cũng có thể được sử dụng trong các máy CNC có độ chính xác cao được yêu cầu cao bởi ngành công nghiệp hàng không và robot. Công nghệ động cơ tốc độ cao UNSW có thể cho phép các máy CNC có độ chính xác cao như vậy nghiền hoặc khoan với đường kính tối thiểu.

    Một ứng dụng khác là IDG (Máy phát điện tích hợp) bên trong động cơ máy bay để cung cấp năng lượng điện cho hệ thống máy bay.

    Động cơ mới của nhóm UNSW cũng mang lại lợi thế chi phí đáng kể so với công nghệ hiện có và sử dụng ít vật liệu đất hiếm hơn như neodymium.

    "Hầu hết các động cơ tốc độ cao sử dụng ống bọc để tăng cường các cánh quạt và ống bọc đó thường được làm bằng chất liệu cao cấp vật liệu chi phí h như titan hoặc sợi carbon. Bản thân ống bọc rất đắt và cũng cần được lắp chính xác và điều đó làm tăng chi phí sản xuất động cơ, "Tiến sĩ Chu nói.

    "Các cánh quạt của chúng tôi có độ bền cơ học rất tốt, vì vậy chúng tôi không cần ống bọc đó, điều này làm giảm chi phí sản xuất. Và chúng tôi chỉ sử dụng khoảng 30% vật liệu đất hiếm, bao gồm giảm đáng kể chi phí vật liệu - do đó làm cho - động cơ hiệu suất thân thiện hơn với môi trường và giá cả phải chăng. "

    Zalo
    Hotline