创新背景
IPMSM型原型电机((内部永磁同步电机))的设计灵感来自于韩国最长的铁路桥的形状,已经实现了每分钟10万转的速度。
这种新型电机的最大功率和速度已经成功地超过了现有的层压IPMSM的高速记录,并使其成为世界上用商业化层压材料建造的最快的IPMSM。
创新过程
新南威尔士大学的工程师们制造了一种新的高速电机,有可能增加电动汽车的续航里程。
这项新技术是由新南威尔士大学电气工程与电信学院的Rukmi Dutta副教授和Guoyu Chu博士领导的团队开发的,是对现有的主要用于电动汽车牵引驱动的IPMSM的改进。
新南威尔士大学团队设计和建造的新电机是对现有IPMSM(内置永磁同步电机)的改进,后者主要用于电动汽车的牵引驱动。
IPMSM型电机在其转子内嵌入磁铁,为扩展的速度范围创造强大的扭矩。然而,现有的IPMSM由于转子中的铁桥较薄,机械强度较低,这限制了其最大速度。但是新南威尔士大学的研究团队已经申请了一种新的转子拓扑结构的专利,它显著提高了“鲁棒性”,同时也减少了单位功率生产中稀土材料的数量。
新设计基于韩国Gyopo轨道桥(双系拱结构)的工程特性,以及基于复合曲线的机械应力分布技术。此外,该发动机提高的功率密度可能会为重量极其重要的电动汽车提供更好的性能。
每个电动汽车制造商都在努力开发高速电机,原因是物理定律的本质允许你缩小机器的尺寸。用一个更小的机器,它的重量更轻,消耗更少的能源,从而使车辆有更长的航程。
研究人员开发的机器设计软件包可以输入速度或功率密度的要求,并运行系统几周,则会给研究人员提供满足这些需求的最佳设计。
新型IPMSM电机的设计来自韩国Gyopo的双绑拱形铁路桥。
新的IPMSM原型电机是使用新南威尔士大学团队自己的人工智能辅助优化程序开发的,该程序评估了一系列不同物理方面的设计,即电、磁、机械和热。
该程序评估了90个潜在的设计,然后选择最好的50%的选项生成一个新的设计范围,以此类推,直到达到最优。最后的电机是第120代分析的程序。
创新关键点
新的IPMSM原型电机是使用新南威尔士大学团队自己的人工智能辅助优化程序开发的,该程序评估了一系列不同物理方面的设计,即电、磁、机械、热以及90个潜在的设计。
创新价值
电机能够产生非常高的功率密度,这有利于降低电动汽车的整体重量,从而增加任何给定的充电范围。
大多数高速电机使用套筒来加强转子,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,还需要精确安装,这增加了电机的制造成本,而该项研究的转子具有非常好的机械稳健性,所以不需要套筒,这降低了制造成本。研究人员只使用约30%的稀土材料,大幅降低材料成本,从而使高性能电机更环保、更实惠。
New high-speed motors can provide higher power density for the use of electric vehicles
Engineers at the University of New South Wales have built a new high-speed motor that could potentially increase the range of electric cars.
The new technology, developed by a team led by Associate Professor Rukmi Dutta and Dr Guoyu Chu from the School of Electrical Engineering and Telecommunications at the University of New South Wales, is an improvement on the existing IPMSM, which is mainly used for electric vehicle traction drive.
IPMSM motors have magnets embedded in their rotors to create powerful torques for an extended speed range. However, the existing IPMSM has low mechanical strength due to the thin iron bridge in the rotor, which limits its maximum speed. But the UNSW team has patented a new rotor topology that significantly improves "robustness" while also reducing the amount of rare earth material produced per unit of power.
The new design is based on the engineering characteristics of the Gyopo track bridge (twin-arch structure) in Korea, and the mechanical stress distribution technique based on composite curves. In addition, the engine's increased power density may provide better performance for electric vehicles where weight is extremely important.
Every electric vehicle manufacturer is trying to develop high-speed motors because the nature of the laws of physics allows you to shrink the size of the machine. With a smaller machine, it weighs less and consumes less energy, thus allowing the vehicle to have a longer range.
A machine design package developed by a researcher can input speed or power density requirements and run the system for a few weeks to give the researcher the best design to meet those requirements.
The new IPMSM prototype motor was developed using the UNSW team's own AI-assisted optimisation program, which evaluates a range of different physical aspects of the design, namely electrical, magnetic, mechanical and thermal.
The program evaluates 90 potential designs, then selects the best 50% of the options to generate a new design range, and so on until the optimum is reached. The final motor is the 120th generation of the analysis program.
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