新南威尔士大学工程师开发出新型电机为电动汽车提供更高的功率密度

汽车盖世汽车网 2022-09-14 08:37

盖世汽车讯据外媒报道，新南威尔士大学（University of New South Wales，UNSW）工程师制造出一种新的高速电机，可增加电动汽车（EV）的续航里程。

该原型IPMSM（内置式永磁同步电机）的设计灵感来自韩国最长铁路桥的形状，速度可达每分钟100,000转。

图片来源：新南威尔士大学

这种新型电机的最大功率和速度是现有叠层IPMSM高速记录的二倍，成为世界上使用商业化叠层材料制造的最快的IPMSM。最重要的是，该电机能够产生超高功率密度，可减轻电动汽车整体重量，从而增加续航里程。

该新电机由UNSW电气工程与电信学院副教授Rukmi Dutta和Chu Guoyu Chu博士领导的团队开发，是对现有IPMSM（主要用于电动汽车的牵引驱动）的改进。

IPMSM电机在其转子中嵌入了磁铁，以产生强大的扭矩从而扩大速度范围。然而，现有IPMSM的机械强度较低，因为其转子中的铁桥很薄，限制了最大速度。

但UNSW团队已为一种新的转子拓扑申请了专利，该拓扑显著提高了稳健性，同时还减少了每单位发电量需要的稀土材料量。

新设计灵感来源于韩国双系拱结构Gyopo铁路桥的工程特性，以及基于复合曲线的机械应力分布技术。重量对于电动汽车极其重要，而该电机的超高功率密度可为电动汽车提供更好的性能。

图片来源：新南威尔士大学

Chu博士表示：“电动汽车的趋势之一是让电机以更高的速度旋转，每个电动汽车制造商都在努力开发高速电机，因为可缩小机器尺寸。而机器越小，重量就越轻，消耗的能量越少，因此可以增加车辆的续航里程。通过这个研究项目，我们试图达到绝对最大速度，并记录下最高速度为每分钟100,000转，峰值功率密度约为每公斤7kW。

对于电动汽车电机，我们实际上会稍微降低速度，但这也会增加其功率。我们可以进行扩展和优化，以在给定范围内提供功率和速度——例如，最大速度约为18,000 rpm的200kW电机，可适用于EV应用。如果特斯拉等电动汽车制造商想要使用这种电机，我相信根据他们的规格调整该电机只需要大约6到12个月。我们有自己的机器设计软件包，可以在其中输入速度或功率密度的要求，并让系统运行几周，且该软件包可为我们提供满足这些需求的最佳设计。”

新的IPMSM原型电机基于UNSW的人工智能辅助优化程序开发，该程序评估了一系列不同物理方面的设计，即电气、磁力、机械和热力。

该程序评估90种潜在设计，然后选择50%的最佳选项以生成新的设计范围，依此类推，直到达到最佳状态。最终的电机是程序分析的第120代电机。

除了电动汽车，该电机还有许多其他潜在应用，如大型供暖、通风和空调（HVAC）系统，需要高速压缩机使用一种新形式的制冷剂，从而显著降低对全球变暖的影响。与现有技术相比，UNSW团队的新电机还具有显著的成本优势，并且使用更少的稀土材料（如钕）。

Chu表示：“大多数高速电机使用套筒来加强转子，而套筒通常由钛或碳纤维等高成本材料制成。套筒本身非常昂贵，还需要精确装配，因此会增加电机的制造成本。我们的转子具有非常好的机械稳健性，因此我们不需要套筒，可降低制造成本。新电极只需使用约30%的稀土材料，因此可大幅减低材料成本，从而成为具有超高性能、环保且实惠的电机。”

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