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世界最快电机诞生每分100000转设计灵感来自长桥2022-09-20 16:59·金融界最高转速的电机之王诞生了出自澳大利亚新南威尔士大学的实验室每分钟可以达到100000次的转速更高的转速意味着可以实现更高的功率密度在相同功率下电机的尺寸也会更小同理消耗的能源更少更快的转速也能提升电车性能帮助电动车减轻重量从而增加续航里程这款新型电机不止这些功能还具备以下优点：1.所需的稀土材料减少70％2.每公斤7千瓦的峰值功率密度3.制造成本比传统电机更低4.还可用于高速压缩机、飞机发动机内部集成等领域最重要的是这款电机并不只是实验室产物按照研发团队的说法如果特斯拉想采用这款电机6-12个月就能调整规格上车01灵感来自长桥稀土材料只用30％电机是电动车的核心也决定了一辆车的性能高低比如续航的长短跑的快不快极速多少等等来源：UNSW不过要想达到能效最优总会陷入一种取舍和博弈比如为了增加续航可以加大电池组但也会加大电池组和车身重量同时产生很多其它问题比如需要改变电池管理系统以及车身结构等除了电池就是在电机这个重要硬件方面下功夫通常情况下电机的体格越大就会越容易获得高效率怎么让电机更小同时保持足够的性能甚至更优是不少研发人员重点攻克的方向新南威尔士大学电气工程与电信学院的副教授 Rukmi Dutta 和 Guoyu Chu博士领导的一个团队表示他们采用了一种新型技术可以显著改善现有的内部永磁同步电机 （IPMSM）新型电机的最大功率和速度使得现有高速记录翻了一番每分钟可达10万转使其成为世界上最快的内置式永磁同步电机电动汽车的一个趋势是让电机以更高的速度旋转 Guoyu Chu博士表示每个电动汽车制造商都在尝试开发高速电机原因是物理定律的性质允许你缩小机器的尺寸使用更小的机器消耗的能量也会更少车辆的续航里程更长这款电机是如何在同样体积下拥有更高的转速呢研发团队表示新电机的设计灵感来自韩国的Gyopo铁路桥这个设计结构克服了传统IPMSM的常见缺陷比如IPMSM型电机在其转子中嵌入了磁铁以产生强大的扭矩以扩大速度范围然而由于其转子中的铁桥很薄导致IPMSM的机械强度较低这限制了它们的最大速度其实这也是为什么很多人认为EV用电机并不具备体格优势因为汽车用电机存在体积、形状以及质量等多种限制这些限制也注定了电机很难实现大幅进化研究团队采用了双系拱结构设计了一种新的转子拓扑结构并创建了现有技术的更强大版本可以有更好的功率重量比有了这个新型的结构电机的峰值功率密度达到了每公斤7千瓦新南威尔士大学团队表示与现有技术相比新电机还具有显著的成本优势：每台电机使用的稀土材料更少一般情况下一些高速电机通过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因为转子拓扑结构具有很好的机械稳定性所以新型电机也不需要套筒也只需要30％的稀土材料比如钕从而降低了制造成本02电机可以随意DIY最快半年就能上车其实对于新能源车来说一台好的电机需要具备基本不少要素比如体积小功率大转速高电机的输出功率由扭矩和转速的乘积决定在输出功率不变的情况下转速越高马达的扭矩就越小成反比状态而扭矩则是由马达的半径和施加于马达的力决定的在施加马达的力不变的情况下扭矩越小马达的半径就可以越小电机的体积也就可以变得更小就像是在美国被誉为特斯拉杀手的Lucid作为目前世界上量产纯电动车中峰值功率最高的电机达到了500Kw的功率输出但其体积却相当小Lucid Air的电动机重量为74千克而特斯拉单电机的重量高达92千克Lucid电机的体积之所以小巧很大程度上得益于其转子绕组体积小也就是马达半径更小正是因为小巧的体积以及超高的功率输出其被誉为最强电机而澳大利亚的新南威尔士大学以研发的技术过硬而著称在工程技术界其地位就像清北在中国的地位电机的研发主导团队之一Rukmi Dutta博士是电气工程与电信学院能源系统高级副教授专业研究电机的设计和控制领域例如汽车和可再生能源部门的永磁电机她在美国和澳大利亚为许多动力公司提供咨询服务另一位新项目主导人——博士研究员Guoyu Chu同样也是来自电气工程与电信学院研究领域涉及机械工程电子工程和电气工程Guoyu Chu在2014年获得山东科技大学电气工程及其自动化学士学位2017年获得澳大利亚新南威尔士大学电气工程硕士学位后便一直在新南威尔士大学攻读电气工程博士学位至今这两位专家在电机领域发布多篇学术论文新型电机则代表着他们在电机方面的最新、最重要的成果他们带领研究团队在设计这个电机时还使用了他们研发的智能辅助优化程序预先反复测试了电、磁、机械和热量等各方面的性能来优化电动机设计团队一开始对90种设计方案进行评估然后先选择了按最优设计的前50％来生成一个新的设计方案并重复迭代过程直到达到所需的最佳效果要知道最后的电机设计是他们分析的第120代方案最终才实现了每分钟100000转的绝对最大速度和每公斤7千瓦的峰值功率密度我们有自己的电机设计程序包可以自行输入速度功率或者密度的要求Dr Guoyu Chu表示运行这个系统几周后就会得到满足这些标准的最佳电机设计按照他的说法如果像特斯拉这样的电动汽车制造商想要使用这种电机那么只需要大约6-12个月就可以根据特斯拉提出的规格要求进行修改达到最佳的电机设计Dr Guoyu Chu表示如果有供应商采用这款电机会稍微降低转速同时增加功率以平衡电车的需求显然这款可随意DIY的电机并非实验室独创在制造成本降低、能效也最优的情况下大规模量产也会是大概率事件本文源自超电实验室