Onko todella olemassa "paras" sähkömoottori?
Olet luultavasti kuullut lauseen "Luultavasti maailman paras moottori" - leikkisä muunnos Carlsbergin legendaarisesta olutlauseesta, joka oli käytössä lähes viisi vuosikymmentä. Mutta mitä tekemistä oluella on sähkömoottoreiden kanssa? Ei yhtään mitään - paitsi että se herättää tärkeän kysymyksen: Onko todella olemassa yhtä "parasta" moottorimallia?
Viime vuosina on ollut paljon kohua siitä, että - vaihtoehtoiset moottoritopologiat - alkaen aksiaalivuo osoitteeseen poikittaisvirta, jopa ns. "raxial" malleja - kukin lupaava ylivoimainen tehotiheys ja muita suorituskykyparannuksia verrattuna "tavalliseen" radiaalivuomoottori.
Osoitteessa EquipmakeMe olemme kuitenkin eri mieltä: me ollaan moottorin topologiasta riippumaton. Ei ole olemassa yhtä yleispätevää "parasta" moottoria. Sen sijaan oikea moottori riippuu täysin erityissovellus. Se, mikä toimii täydellisesti kevyessä EV:ssä, ei välttämättä ole optimaalinen ilmailu-, meri- tai teollisuuskäyttöön.
Motorisen suorituskyvyn perusteet
Ytimeltään suurin vääntömomentti minkä tahansa kestomagneettimoottori riippuu sen määrästä ja laadusta aktiiviset materiaalit - the... magneetteja, sähköterästä ja kupari- tai alumiinikäämejä.
Suurin harppaus moottorin suorituskyvyssä tapahtui 1980-luvun alussa, kun käyttöön otettiin NdFeB-magneetit (neodyymi-rauta-boori)., joka mullisti vääntömomenttitiheyden. Sen jälkeen useimmat parannukset ovat olleet vähittäisiä, ja topologia yksinään ei voi ohittaa rajoja jotka nämä materiaalit asettavat.
Toinen keskeinen tekijä on moottorin nopeus. Valta on yksinkertaisesti vääntömomentti kerrottuna pyörimisnopeudella, eli nopeammin pyörivä moottori saa aikaan suurempi ominaisvoima joilla on sama aktiivinen massa.
Miksi jäähdytyksellä ja tehokkuudella on merkitystä
Huippuvääntömomentti ja teho ovat hienoja otsikoita, mutta todellisuudessa tärkeintä on se, että jatkuva vääntömomentti-moottorin jatkuvan tehon taso, jonka moottori pystyy tuottamaan ilman ylikuumenemista.
Tässä kohtaa moottorin jäähdytysjärjestelmät muuttuvat kriittisiksi. Me Equipmakessa keskitymme voimakkaasti seuraaviin asioihin kehittynyt lämmönhallinta, koska parempi jäähdytys lisää jatkuvaa tehoa lisäämättä kustannuksia tai painoa.
Tehokkuudella on myös suuri merkitys. Korkeampi hyötysuhde tarkoittaa:
- Vähemmän lämpöä hallittavana,
- Parempi toimintasäde sähköautoissaja
- Parempi luotettavuus vaativissa olosuhteissa.
Radiaalivuomoottorit: A Proven Workhorse
Vaikka tutkimme erilaisia topologioita, keskitymme ensisijaisesti seuraaviin seikkoihin radiaalivuomoottorit (RF) useissa eri kokoonpanoissa:
- Pintakestomagneetti (SPM) - mukaan lukien Halbach-mallisto ja perinteiset mallit,
- Spoke-mallitja
- Sisäpuolinen kestomagneetti (IPM) järjestelmät.
Verrattuna aksiaalivuomoottorit (AF)RF-moottoreilla on useita merkittäviä etuja:
- Yksinkertaisempi roottorin rakenne, jolloin suuremmat enimmäisnopeudet ja erinomainen tehotiheys.
- Yksittäinen ilmarakoverrattuna AF-moottoreissa oleviin kahteen ilmarakoon, mikä mahdollistaa parempi virtauksen hyödyntäminen.
- Helpompi skaalautuvuus, jolloin moottorin pituuden pidentämisellä voidaan täyttää suuremmat vääntömomenttivaatimukset ilman suurempia muutoksia.
Kustannusten ja suorituskyvyn tasapaino
IPM-moottorit ovat erityisen houkuttelevia, koska ne tuottavat sekä magneettinen vääntömomentti ja reluktanssimomentti, joka tarjoaa suurempi vääntömomentti magneetin massayksikköä kohti ja alhaisemmat kustannukset verrattuna puhtaisiin SPM-malleihin.
Sovelluksia varten, jotka jahtaavat huippusuorituskykykuitenkin, SPM-moottorit-olipa se sitten säteittäinen tai aksiaalinen - ovat vertaansa vailla, ja molemmat topologiat tuottavat samanlaisia huipputuloksia.
Oikean moottorin valinta
"Paras" moottori ei koskaan ole yksittäinen spesifikaatio. Kyse on siitä, että se täyttää tasapainoinen kriteeristömukaan lukien:
- Tehon ja vääntömomentin tiheys,
- Hyötysuhde odotetun käyttöjakson aikana,
- Kustannukset ja skaalautuvuus valmistuksessaja
- Ympäristön kestävyys aiottua käyttötarkoitusta varten.
Tämän vuoksi Equipmaken lähestymistapa on edelleen seuraava joustava ja sovelluslähtöinen. Ei ole olemassa yhden koon ratkaisua, joka sopii kaikille, vain - optimaalinen moottori työhön.
Mitä seuraavaksi moottori-innovaatioissa tapahtuu
Meiltä kysytään tietenkin usein, "Kyllä, mutta mikä on suurin tehotiheys, jonka voit saavuttaa?" "Kyllä, mutta mikä on suurin tehotiheys, jonka voit saavuttaa?"
Meillä on meneillään jännittävää kehitystä. Seuraavan sukupolven pintakestomagneetti, Halbach-array-sädevirtamoottori on suunniteltu asettaa uusia viitearvoja kW/kg:n osalta, ponnisteleva rajoja tehotiheys ja hyötysuhde. Lisää yksityiskohtia paljastetaan pian osoitteessa CENEX.
Ja kyllä, säteittäisen vuon suunnittelussa keskustelut jatkuvat, esimerkiksi siitä, onko hiusneulakäämit todella päihittää keskittyneet käämit. Mutta se on aihe toiselle päivälle... ehkä parasta keskustella kylmän oluen äärellä. Luultavasti.
Insinööreille ja OEM-valmistajille tärkeimpiä huomioita
- On olemassa ei universaalia "parasta" moottoria - vain soveltuu parhaiten tiettyyn sovellukseen.
- Jäähdytys ja tehokkuus ovat yhtä tärkeitä kuin huippuvääntömomentti ja teho.
- Radiaalivuomoottorit ovat edelleen erittäin kilpailukykyisiä, jonka skaalautuvuus on todistetusti hyvä ja kustannusetu on suuri.
- Jatkuva innovointi materiaalit, jäähdytys- ja käämitystekniikat puskee suorituskyvyn rajoja kaikissa topologioissa.