Има ли наистина "най-добър" електрически двигател?
Вероятно сте чували фразата "Вероятно най-добрият двигател в света" - закачлив обрат на легендарния лозунг за бира на Карлсберг, който се използваше в продължение на почти пет десетилетия. Но какво общо има бирата с електромоторите? Абсолютно нищо - освен че предизвиква един важен въпрос: Има ли наистина един "най-добър" дизайн на двигателя?
През последните години много се шуми около алтернативни топологии на двигателя - от аксиален поток към напречен поток, дори т.нар. "раксиален" дизайни - всеки от тях обещава по-добри плътност на мощността и други подобрения на производителността в сравнение със "стандартния" радиален токов двигател.
На адрес Equipmakeние обаче сме на друго мнение: ние сме агностика на топологията на двигателя. Няма един универсален "най-добър" двигател. Вместо това десен двигател зависи изцяло от специфично приложение. Това, което работи перфектно в лек електрически автомобил, може да не е оптимално за космическа, морска или промишлена употреба.
Основи на двигателната ефективност
В основата си максимален въртящ момент на всеки двигател с постоянни магнити зависи от количеството и качеството на неговите активни материали - на магнити, електрическа стомана и медни или алуминиеви намотки.
Най-големият скок в производителността на двигателите се случва в началото на 80-те години на миналия век с въвеждането на Магнити NdFeB (неодим-желязо-бор), който направи революция в плътността на въртящия момент. Оттогава насам повечето подобрения са постепенни и топологията сама по себе си не може да заобиколи ограниченията определени от тези материали.
Друг ключов фактор е скорост на двигателя. Властта е просто въртящ момент, умножен по скоростта на въртене, което означава, че двигателят, който се върти по-бързо, постига по-висока специфична мощност с една и съща активна маса.
Защо охлаждането и ефективността са от значение
Върховият въртящ момент и мощността са важни за заглавията, но в реалния свят най-важното е непрекъснат въртящ момент-нивото на продължителна мощност, което двигателят може да осигури, без да прегрее.
Това е мястото, където системи за охлаждане на двигатели стават критични. В Equipmake се фокусираме върху усъвършенствано управление на топлината, защото по-доброто охлаждане увеличава непрекъснатата мощност, без да увеличава разходите или теглото..
Ефективността също играе огромна роля. По-високата ефективност означава:
- По-малко топлина за управление,
- Подобрен пробег при електрическите превозни средства, и
- По-добра надеждност при взискателни условия.
Двигатели с радиален поток: Доказан работен кон
Въпреки че изследваме различни топологии, основният ни фокус остава върху двигатели с радиален поток (RF) в множество конфигурации:
- Повърхностен постоянен магнит (SPM) - включително Масивът на Халбах и конвенционални конструкции,
- Дизайн на спиците, и
- Вътрешен постоянен магнит (IPM) системи.
В сравнение с двигатели с аксиален поток (AF), радиочестотните двигатели предоставят няколко важни предимства:
- Опростен дизайн на ротора, което позволява по-високи максимални скорости и отлични плътност на мощността.
- Единична въздушна междина, в сравнение с двойните въздушни междини в двигателите AF, което позволява по-добро използване на потока.
- По-лесна мащабируемост, при които удължаването на дължината на двигателя може да отговори на изискванията за по-висок въртящ момент, без да се налагат големи промени в дизайна.
Баланс между разходите и производителността
Мотори IPM са особено привлекателни, тъй като генерират едновременно магнитен въртящ момент и въртящ момент на съпротивлението, като предлага по-голям въртящ момент на единица маса на магнита и по-ниски разходи в сравнение с чисто SPM проекти.
За приложения, които преследват върхова производителностобаче, Мотори SPM-Независимо дали са радиални или аксиални, те остават несравними, като и двете топологии осигуряват сходни резултати.
Избор на подходящ двигател
"Най-добрият" двигател никога не е свързан с една-единствена спецификация. Става дума за изпълнение на балансиран набор от критерии, включително:
- Гъстота на мощността и въртящия момент,
- Ефективност при очаквания работен цикъл,
- Разходи и мащабируемост в производството, и
- Екологична издръжливост за предвидения случай на употреба.
Ето защо подходът на Equipmake остава гъвкав и ориентиран към приложенията. Няма универсално решение - само оптимален двигател за работа.
Какво следва в иновациите на двигателите
Разбира се, често ни питат, "Да, но каква е най-високата плътност на мощността, която можете да постигнете?"
Предстоят ни вълнуващи разработки. Нашето следващо поколение повърхностни постоянни магнити, двигател с радиален поток на Халбах е предназначена за поставя нови референтни стойности в kW/kg, разширявайки границите на плътност на мощността и ефективност. Повече подробности ще бъдат разкрити скоро на адрес CENEX.
И да - при проектите с радиален поток продължават дебатите, като например дали статорни намотки с косъмчета да постигате по-добри резултати концентрирани намотки. Но това е тема за друг ден... може би е най-добре да се обсъди на студена бира. Вероятно.
Основни изводи за инженерите и производителите на оригинално оборудване
- Има няма универсален "най-добър" двигател - само най-подходящ за дадено приложение.
- Охлаждане и ефективност са също толкова важни, колкото и максималният въртящ момент и мощност.
- Радиалните токови двигатели остават силно конкурентни, с доказана мащабируемост и големи предимства по отношение на разходите.
- Непрекъснати иновации в материали, охлаждане и техники на навиване разширява границите на производителността във всички топологии.