Czy naprawdę istnieje "najlepszy" silnik elektryczny?
Prawdopodobnie słyszałeś wyrażenie "Prawdopodobnie najlepszy silnik na świecie" - żartobliwy zwrot w legendarnym sloganie piwa Carlsberg, który obowiązywał przez prawie pięć dekad. Ale co piwo ma wspólnego z silnikami elektrycznymi? Absolutnie nic - poza wywołaniem ważnego pytania: Czy naprawdę istnieje jeden "najlepszy" projekt silnika?
W ostatnich latach pojawiło się mnóstwo szumu wokół alternatywne topologie silników - z strumień osiowy do strumień poprzecznynawet tzw. "raxial" projekty - każdy obiecujący lepszy gęstość mocy i inne wzrosty wydajności w porównaniu ze "standardem" silnik promieniowy.
Przy Equipmakemy jednak mamy inne zdanie: jesteśmy Niezależność od topologii silnika. Nie ma jednego uniwersalnego "najlepszego" silnika. Zamiast tego prawy silnik zależy całkowicie od specyficzne zastosowanie. To, co doskonale sprawdza się w lekkich pojazdach elektrycznych, może nie być optymalne do zastosowań lotniczych, morskich lub przemysłowych.
Podstawy wydajności silnika
W swej istocie maksymalny moment obrotowy każdego silnik z magnesami trwałymi zależy od ilości i jakości jego materiały aktywne - w magnesy, stal elektryczna i uzwojenia miedziane lub aluminiowe.
Największy skok w wydajności silników nastąpił na początku lat 80-tych wraz z wprowadzeniem Magnesy NdFeB (neodymowo-żelazowo-borowe)który zrewolucjonizował gęstość momentu obrotowego. Od tego czasu większość ulepszeń była stopniowa i sama topologia nie może ominąć ograniczeń ustalone przez te materiały.
Innym kluczowym czynnikiem jest prędkość silnika. Moc jest po prostu moment obrotowy pomnożony przez prędkość obrotowąco oznacza, że silnik, który obraca się szybciej, osiąga wyższa moc właściwa o tej samej masie aktywnej.
Dlaczego chłodzenie i wydajność mają znaczenie
Maksymalny moment obrotowy i moc trafiają na pierwsze strony gazet, ale w prawdziwym świecie liczy się przede wszystkim ciągły moment obrotowy-poziom stałej mocy wyjściowej, jaką silnik może zapewnić bez przegrzania.
To tutaj systemy chłodzenia silników stają się krytyczne. W Equipmake koncentrujemy się głównie na Zaawansowane zarządzanie temperaturąponieważ lepsze chłodzenie zwiększa moc ciągłą bez zwiększania kosztów i wagi.
Wydajność również odgrywa ogromną rolę. Wyższa wydajność oznacza:
- Mniej ciepła do zarządzania,
- Zwiększony zasięg pojazdów elektrycznychoraz
- Większa niezawodność w wymagających warunkach.
Silniki strumieniowe: Sprawdzony koń pociągowy
Podczas gdy badamy różne topologie, naszym głównym celem pozostaje Silniki o strumieniu promieniowym (RF) w wielu konfiguracjach:
- Powierzchniowy magnes trwały (SPM) - w tym Układ Halbach i konwencjonalne projekty,
- Projekty szprychoraz
- Wewnętrzny magnes stały (IPM) systemy.
W porównaniu do silniki ze strumieniem osiowym (AF)Silniki RF zapewniają kilka ważnych korzyści:
- Prostsza konstrukcja wirnika, umożliwiając wyższe prędkości maksymalne i doskonały gęstość mocy.
- Pojedyncza szczelina powietrznaw porównaniu z podwójnymi szczelinami powietrznymi w silnikach AF, umożliwiając lepsze wykorzystanie strumienia.
- Łatwiejsza skalowalnośćgdzie zwiększenie długości silnika może spełnić wyższe wymagania dotyczące momentu obrotowego bez konieczności dokonywania poważnych zmian konstrukcyjnych.
Równowaga kosztów i wydajności
Silniki IPM są szczególnie atrakcyjne, ponieważ generują zarówno magnetyczny moment obrotowy oraz moment reluktancyjny, oferując wyższy moment obrotowy na jednostkę masy magnesu oraz niższy koszt w porównaniu do czystych projektów SPM.
Dla aplikacji goniących najwyższa wydajnośćjednak, Silniki SPM-Niezależnie od tego, czy jest to technologia radialna, czy osiowa, obie topologie zapewniają podobne wyniki na najwyższym poziomie.
Wybór odpowiedniego silnika
W przypadku "najlepszego" silnika nigdy nie chodzi o pojedynczą specyfikację. Chodzi o spełnienie zrównoważony zestaw kryteriów, w tym:
- Gęstość mocy i momentu obrotowego,
- Wydajność w oczekiwanym cyklu pracy,
- Koszty i skalowalność w produkcjioraz
- Trwałość środowiskowa dla zamierzonego przypadku użycia.
Dlatego też podejście Equipmake pozostaje elastyczny i oparty na aplikacjach. Nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania - tylko Optymalny silnik do danego zadania.
Co dalej z innowacjami w motoryzacji?
Oczywiście często jesteśmy o to pytani, "Tak, ale jaka jest najwyższa gęstość mocy, jaką można osiągnąć?".
Jesteśmy w trakcie opracowywania ekscytujących rozwiązań. Nasza następna generacja powierzchniowy magnes trwały, silnik promieniowy Halbacha jest przeznaczony do ustanawiają nowe benchmarki w kW/kgprzesuwając granice gęstość mocy i wydajność. Więcej szczegółów zostanie ujawnionych wkrótce na stronie CENEX.
I tak - w przypadku konstrukcji ze strumieniem promieniowym nadal trwają debaty, takie jak to, czy uzwojenie stojana ze spinką do włosów naprawdę lepsze wyniki skoncentrowane uzwojenia. Ale to temat na inny dzień... być może najlepiej omówić go przy zimnym piwie. Prawdopodobnie.
Kluczowe wnioski dla inżynierów i producentów OEM
- Jest Nie ma uniwersalnego "najlepszego" silnika - tylko najlepsze dopasowanie do danej aplikacji.
- Chłodzenie i wydajność są równie ważne jak szczytowy moment obrotowy i moc.
- Silniki strumieniowe pozostają wysoce konkurencyjneo sprawdzonej skalowalności i dużych zaletach kosztowych.
- Ciągłe innowacje w Materiały, chłodzenie i techniki nawijania przesuwa granice wydajności we wszystkich topologiach.