世界目前最快電動(dòng)機(jī)造出每分鐘十萬(wàn)轉(zhuǎn)，未來(lái)可解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航難題
科技日?qǐng)?bào)北京9月19日電 (記者張夢(mèng)然)據(jù)澳大利亞新南威爾士大學(xué)網(wǎng)站報(bào)道，該校研究人員開發(fā)出一種新型電動(dòng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)每分鐘100000次的轉(zhuǎn)速。新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的高功率密度可幫助減輕電動(dòng)汽車重量，從而增加續(xù)航里程。
藝匠商城： 9 月 20 日消息，新南威爾士大學(xué)悉尼分校的研究人員近日開發(fā)了一種新的電動(dòng)馬達(dá)，每分鐘可以轉(zhuǎn) 100,000 圈。該大學(xué)在一份新聞稿中表示，這種新設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的高功率密度可以幫助減輕電動(dòng)汽車（EV）的重量，從而增加其續(xù)航能力。
電動(dòng)車制造商一直在尋找方法來(lái)解決他們的汽車的續(xù)航焦慮問(wèn)題，其中一個(gè)辦法是增加電池組的尺寸，不過(guò)這同時(shí)也會(huì)增加車輛的重量，帶來(lái)更多的問(wèn)題需要解決。
另一個(gè)辦法是降低電動(dòng)馬達(dá)的重量，要達(dá)到這個(gè)目的就要提高其速度。一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)可以縮小尺寸，這不僅可以減少其重量，還可以減少其能源消耗，當(dāng)應(yīng)用于電動(dòng)車時(shí)，就能幫助提高其續(xù)航能力。
傳統(tǒng)的被用于電動(dòng)汽車的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)（IPMSM），在其轉(zhuǎn)子中嵌入磁鐵以達(dá)到強(qiáng)大的扭矩。然而，其鐵橋的低機(jī)械強(qiáng)度限制了其最大速度。新南威爾士大學(xué)悉尼分校的研究人員使用了一種新的轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不僅提高了電機(jī)的堅(jiān)固性，而且還將生產(chǎn)電機(jī)所需的稀土材料減少了 70% 之多。
新南威爾士大學(xué)的研究人員還使用了一個(gè)人工智能（AI）輔助的優(yōu)化程序，該程序評(píng)估了電氣、磁性、機(jī)械和熱等廣泛的方面，以優(yōu)化電動(dòng)馬達(dá)的設(shè)計(jì)。該程序是內(nèi)部開發(fā)的，它評(píng)估了 90 個(gè)設(shè)計(jì)，然后選擇其中前 50% 的設(shè)計(jì)來(lái)生成新的設(shè)計(jì)，反復(fù)進(jìn)行，直到達(dá)到理想的最佳狀態(tài)。研究人員使用的最終電機(jī)是該程序分析的第 120 代。
新聞稿中稱，最終得到的電動(dòng)機(jī)絕對(duì)最高速度達(dá)每分鐘 10 萬(wàn)轉(zhuǎn)，峰值功率密度達(dá)每公斤 7 千瓦，這也是現(xiàn)有內(nèi)置式永磁同步電機(jī)最高轉(zhuǎn)速紀(jì)錄的兩倍。
IT之家了解，研究人員稱，如果這款電動(dòng)機(jī)用于電動(dòng)車電機(jī)，會(huì)在一定程度上降低其轉(zhuǎn)速，目的是增加其功率，例如，一個(gè) 200kW 的電機(jī)，最大轉(zhuǎn)速約為 18,000rpm，完全適合電動(dòng)汽車的應(yīng)用。
除了電動(dòng)車，該電機(jī)還可用于使用高速壓縮機(jī)的大型供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)，以及高精度數(shù)控機(jī)床。該電機(jī)還可以部署在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，作為集成驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)（IDG），為電氣系統(tǒng)提供動(dòng)力。
研究人員相信，他們的電機(jī)可以迅速商業(yè)化，比我們預(yù)期的更快地推向市場(chǎng)。研究人員稱：“如果像特斯拉這樣的電動(dòng)汽車制造商想要使用這種電機(jī)，那么我相信只需要大約 6 到 12 個(gè)月的時(shí)間就可以根據(jù)他們的規(guī)格進(jìn)行修改。”
世界各地電動(dòng)汽車制造商一直在尋找解決電池供電車輛的續(xù)航里程難題。其中一種選擇是增加電池組的尺寸，但這同時(shí)增加了車輛重量，產(chǎn)生更多需解決的問(wèn)題。另一種選擇是減輕電動(dòng)機(jī)的重量，高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)可縮小尺寸，這不僅能減輕重量，還可降低能耗，可增加相同電池組的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程。
電動(dòng)汽車牽引驅(qū)動(dòng)中使用傳統(tǒng)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)(IPMSM)，其將磁鐵嵌入轉(zhuǎn)子中以產(chǎn)生強(qiáng)大的扭矩。現(xiàn)有的IPMSM由于轉(zhuǎn)子中的薄鐵橋而遭受低機(jī)械強(qiáng)度的影響，這限制了它們的最大速度。研究人員使用了一種新的轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不僅提高了電機(jī)的穩(wěn)健性，而且還將生產(chǎn)電機(jī)所需的稀土材料減少了70%。
新南威爾士大學(xué)研究人員使用人工智能輔助優(yōu)化程序，評(píng)估了電、磁、機(jī)械和熱等各方面性能以優(yōu)化電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。
團(tuán)隊(duì)對(duì)90種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了評(píng)估，然后選擇其中前50%來(lái)生成新設(shè)計(jì)，并重復(fù)迭代過(guò)程，直到達(dá)到所需的最佳效果。最后一個(gè)電機(jī)設(shè)計(jì)是該程序分析的第120代，最終實(shí)現(xiàn)了每分鐘100000轉(zhuǎn)的絕對(duì)最大速度和每公斤7千瓦的峰值功率密度，是現(xiàn)有層壓IPMSM高速記錄的兩倍，成為有史以來(lái)最快的IPMSM。
除電動(dòng)汽車外，該電機(jī)還可用于使用高速壓縮機(jī)以及高精度數(shù)控機(jī)床的大型供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，或作為集成驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)部署在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，為電氣系統(tǒng)提供動(dòng)力。
新電機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比還具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)，大多數(shù)高速電機(jī)使用套筒來(lái)加強(qiáng)轉(zhuǎn)子，該套筒通常由鈦或碳纖維等高成本材料制成。而新轉(zhuǎn)子具有非常好的機(jī)械堅(jiān)固性，因此不需要套筒，且只使用約30%的稀土材料，成本大幅降低，從而使高性能電機(jī)更加環(huán)保和實(shí)惠。
每個(gè)電動(dòng)車制造廠家都在嘗試開發(fā)高速電機(jī)。電機(jī)輸出的功率等于轉(zhuǎn)速乘以扭矩，當(dāng)轉(zhuǎn)速足夠高，扭矩便可以小一些。此次電機(jī)的設(shè)計(jì)，借用了人工智能的力量。他們?cè)u(píng)估了90個(gè)設(shè)計(jì)方案，選擇了更有潛力的幾十種方案生成設(shè)計(jì)并迭代，最終研制出最快電機(jī)。當(dāng)然，在真正應(yīng)用時(shí)，并不需要達(dá)到這樣的高速，可以調(diào)整到適合的功率和速度。研究負(fù)責(zé)人也表示，根據(jù)廠商要求對(duì)電機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，也只需要半年到一年的時(shí)間。這似乎是一項(xiàng)離應(yīng)用并不太遙遠(yuǎn)的成果。
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