澳團隊打造新型電機 有望提升電動車續航力

【2022年09月16日訊】(英文大紀元記者Steve Milne報導/張雨霏編譯)澳大利亞新南威爾士大學(UNSW)的工程師近期成功研發出一種全新的高速電機,該電機不僅減少了稀土礦物的消耗,而且有可能增加電動汽車的續航里程。

這款內置式永磁同步電機(IPMSM)原型的設計靈感來自韓國最長鐵路橋的形狀,速度已達到每分鐘10萬轉,創下了新的世界紀錄,是現有疊層IPMSM高速記錄的二倍,成為世界上使用商業化疊層材料製造的最快的IPMSM。

最重要的是,這款新型電機能夠產生非常高的功率密度,可減輕電動汽車整體重量,從而增加續航里程。

這項新技術是由新南威爾士大學電氣工程與電信學院副教授魯克米‧杜塔(Rukmi Dutta)和朱國玉(Guoyu Chu,音譯)博士領導的團隊開發的,是對現有IPMSM(主要用於電動汽車的牽引驅動)的改進。

朱博士在9月12日的一份新聞稿中說,目前電動汽車的發展趨勢就是搭載轉速更快的電機。「每個電動汽車製造商都在嘗試開發高速電機,因為物理定律的性質允許你縮小機器的尺寸。而機器越小,重量就越輕,消耗的能量也就越少,因此車輛的續航里程也可進一步提升。

「通過這個研究項目,我們試圖達到一個絕對最大值,並記錄下最高速度為每分鐘10萬轉,峰值功率密度約為每公斤7,000瓦。」

他還表示,該電機系統擁有擴展性,並且可以調整功率和速度,如果想要調整該電機以適應特斯拉電動汽車,大約只需要6-12個月。

這項新技術由新南威爾士大學電氣工程與電信學院副教授魯克米‧杜塔(左)和朱國玉博士領導的團隊開發。(UNSW提供)

朱博士於9月13日通過電子郵件告訴《大紀元時報》:「如果我們針對電動汽車擴展應用和優化電機設計,預計將比目前的市售產品輕10%至20%,效率提升2%至5%。同時,逆變器也將受益於高速而變得更輕更小,重量的減輕和能效的提升有望將續航延長5%到10% 。

該團隊表示,IPMSM型電機在其轉子中嵌入了磁鐵,以產生強大的扭矩從而擴大速度範圍。然而,現有IPMSM的機械強度較低,因為其轉子中的鐵橋很薄,限制了它們所能達成的最大速度。

好消息是,該研究團隊已經為一種新的轉子拓撲申請了專利,該拓撲顯著提高了穩健性,同時還減少了每單位發電量所需的稀土材料數量。

新設計基於韓國雙系拱結構Gyopo鐵路橋的工程特性,以及基於複合曲線的機械應力分布技術。最終,該新型電機實現了令人印象深刻的每公斤約7千瓦的功率密度,可極大地增強電動汽車的性能。

新的IPMSM原型電機是基於新南威爾士大學的人工智能輔助優化程序開發的,該程序評估了一系列不同物理方面的設計,包括電氣、磁力、機械和熱力等。

朱博士告訴本報,得益於轉子結構的顯著增強,該電機的機械安全係數比目前市售的電動汽車電機高出1.5至2倍。鑒於此,預計新款高速電機的使用壽命會更長。

此外,與現有技術相比,該團隊的新電機還具有顯著的成本優勢,並且使用的稀土材料更少,比如釹。

朱博士說:「大多數高速電機使用套筒來加強轉子,而套筒通常由鈦或碳纖維等高成本材料製成。套筒本身非常昂貴,還需要精確裝配,因此會增加電機的製造成本。我們的轉子具有非常好的機械穩健性,因此我們不需要套筒,從而降低了製造成本。而且我們的新電機只使用了大約30%的稀土材料,又大幅降低了材料成本,從而使我們的高性能電機更加環保且價格實惠。」

除了電動汽車,該電機還有許多其它潛在應用,比如大型供暖、通風和空調系統,以及用於航空和機器人行業的高精度計算機數控機床等。

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