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楼主: 54169

[信息] 日本研制超轻电动马达,160马力/12公斤

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发表于 2013-11-6 15:10:55 | 显示全部楼层
54169 发表于 2013-11-6 15:04
永磁同步马达也是放射状的,与开关磁阻的外形差不多,而且效率96%很容易。
马达外观也是圆筒。而且SRD目 ...

说的好,同意楼上的观点。
 楼主| 发表于 2013-11-6 15:24:24 | 显示全部楼层
目前航空电机还是直流无刷的多,因为毕竟螺旋桨和旋翼的转速变化量小,足够用了,。
开关磁阻和永磁同步,适合变速电机,且可以无齿轮组直接驱动,变向容易,所以适合直升机尾桨和其他控制用小桨。

多旋翼直升飞机和共轴机对精度要求高,要求精确控制转速,所以永磁同步和开关磁阻都需要
美国最先进的方案,是超导电机加SRD,超导电机效率在99%以上,跟机械传动一样高,但容易失效,所以同轴的开关磁阻电机备用,SRD的好处是安全性高,不容易失效,缺点是重量大效率低,不过重量在转子部并不高,所以超导电机和SRD转子同轴安装比较好。
永磁同步机的问题是不耐高温,容易退磁,在飞机上用不太可靠,所以波音是主攻SRD的,
旋翼数量超6个,螺旋桨数量超4个,就不在乎安定性而追求廉价性了,电机和螺桨都如此。
发表于 2013-11-6 15:27:39 | 显示全部楼层
54169 发表于 2013-11-6 15:04
永磁同步马达也是放射状的,与开关磁阻的外形差不多,而且效率96%很容易。
马达外观也是圆筒。而且SRD目 ...

总部位于日本名古屋市的aim公司于2013年5月14日发布了可供电动赛车、市售车、摩托车及小型船舶使用的马达“APM 120”。最高输出功率为120kW(160ps),在电动方程式世界锦标赛“Formula E”的代表性行驶模式下的常用输出功率为75kW(100ps)。最大扭矩为150N·m,最高效率为96%,最高转速为1.2万rpm,直径为170mm,长度为145mm。

       马达自身的重量为12kg。为了实现整个系统的小型化与轻量化,将马达与减速器设计为一体。将控制马达的逆变器小型化后安装在马达机身上,简化了布线及冷却设计,由此使整个系统的重量减至20kg。



最高转速达1.2万转每分钟,讲的是通过星型减速后的转速,推断输入轴的转速至少是其3倍以上,转速达3.6万转每分钟,而且电机直径为170mm,若采用外转子电机,去除保护外转子的壳体厚度(至少要达到外转子破碎后不至于有飞出的危险),使得定子的直径变小,相应的使电磁力降低,同时外转子在高速运行时动平衡的配平是个难题,而采用内转子动平衡好配平,同时外壳可以做的很薄,相应的定子上的电磁力可以提高,间接的提高了扭矩。
 楼主| 发表于 2013-11-6 15:35:26 | 显示全部楼层
PMSM是可调速电机,外转子可以低速转动,而且扭距大,但转速高则功率高,可以是出于高功率重量比才采用内转子和高转速的。

如果采用直驱方式最好做成涵道风扇,这样扭距最大,毕竟扭距比功率更重要。涵道还有噪声震动小(比涡扇更小)的好处,还有引射效应可以增加推力,所以美国一些小公司在搞。完全可以彻底取代螺旋桨。
发表于 2013-11-6 16:02:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 dayouxia008 于 2013-11-6 16:07 编辑
dayouxia008 发表于 2013-11-6 15:27
总部位于日本名古屋市的aim公司于2013年5月14日发布了可供电动赛车、市售车、摩托车及小型船舶使用的马达 ...

总部位于日本名古屋市的aim公司于2013年5月14日发布了可供电动赛车、市售车、摩托车及小型船舶使用的马达“APM 120”。最高输出功率为120kW(160ps),在电动方程式世界锦标赛“Formula E”的代表性行驶模式下的常用输出功率为75kW(100ps)。最大扭矩为150N·m,最高效率为96%,最高转速为1.2万rpm,直径为170mm,长度为145mm。


       马达自身的重量为12kg。为了实现整个系统的小型化与轻量化,将马达与减速器设计为一体。将控制马达的逆变器小型化后安装在马达机身上,简化了布线及冷却设计,由此使整个系统的重量减至20kg。



AIM公司的动力设备主要用于竞赛,可看到其官网  http://www.aim-info.co.jp/  ,    推测该电动机主要运于电动方程式世界锦标赛“Formula E”的赛车上,赛车主要以高速运行,因此电机主要在大电流下高负荷下工作,会产生很大的热量(比如车子启动时电瓶线马上就热了),虽然采用了复合冷却方式散热,但热量不会很快的就消失。若采用永磁方式,永磁体很快就会因为高温引起退磁,降低磁力,间接的降低输出扭力,因此厂家会选择开关磁阻电机,其不怕高温的影响,复合冷却主要是降低定子上导线的热量,不至于在热阻上损失的太大,既而间接的提高了电池续航时间。
 楼主| 发表于 2013-11-6 16:14:19 | 显示全部楼层

外转子SRD,日本冈山。

SIM-Driv是SRD 的领导研究企业,

 楼主| 发表于 2013-11-6 16:16:04 | 显示全部楼层
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【日经BP社报道】日本的东北大学开发出了与采用稀土(稀土类)的现有永磁马达扭矩相当的轴向间隙型SR(开关磁阻)马达。轴向间隙型在永磁马达中并不少见,但在SR马达中却是全球首例。另外,该研究的一部分为与日立制作所日立研究所的共同研究。SR马达的制造得到了日立制作所的协助。

SR马达的构造简单,定子包括铁芯和线圈、转子只有铁芯,其特点是结实耐高温,因此有望用作HEV(混合动力车)和EV(纯电动汽车)用驱动马达。不过,存在的问题是比使用稀土的同尺寸永磁马达扭矩小。

因此,此次通过调整SR马达的构造,由普通的径向间隙型(图1)变成两个转子夹着定子的轴向间隙型(图2),从而增大了扭矩。另外,铁芯材料不使用Fe-Co(铁-钴)而使用普通的马达铁芯材料硅钢板,从而降低了成本。

东北大学对此次试制的轴向间隙型SR马达(图3)的扭矩进行了测量(图4)。实线和虚线代表相同尺寸相同极数的轴向间隙型和径向间隙型SR马达的扭矩密度和线圈电流密度计算值。菱形线代表轴向间隙型的实测值。马达直径为266mm,长度为130mm,极数为定子18极、转子12极。

由此可见,轴向间隙型SR马达的扭矩比原来的径向间隙型SR马达大得多。在线圈电流密度达到汽车马达功率所要求的20A/mm2时,比较扭矩密度,发现轴向间隙型SR马达为39.6N·m/L,是原来的径向间隙型SR马达的约1.5倍。有报告指出,现行HEV使用的永磁马达的扭矩密度为35~45N·m/L,可见此次的轴向间隙型SR马达的扭矩密度已经达到与之匹敌的水平。

以前,不使用永久磁铁的马达与使用永久磁铁的马达相比,扭矩和效率低,而采用此次的成果,通过调整马达的构造可以实现相同的性能。

今后将把此次开发的轴向间隙型SR马达作为轮内直接驱动马达应用于电动巴士(图5),通过实际行驶试验等,进一步考察其实用性。今后,通过确立最佳形状和最适设计方法,还有可能超过永磁马达的性能。(记者:浜田 基彦,《日经汽车技术》)
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径向就是内转子,轴向就是盘式电机,盘式电机的扭距大,多个叠加则功率巨大,非常适合航空器使用。未来型号直接直接搬用到小型飞机上,
发表于 2013-11-7 08:27:22 | 显示全部楼层
54169 发表于 2013-11-6 16:16
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【日经BP社报道】日本的东北大学开发出了与采用稀土(稀土类)的现有永磁马达扭矩相当的轴 ...

对于轴向间隙型SR而言,冷却方式比较复杂,对于采用液体冷却而言,冷却流道不好设计,反而使得体积变大,重量增加。在F1方程式赛车中,尽可能降低整车重量,以利于加减速,对于飞机上的动力而言,重量轻,功率大一直是大家所追求的。
 楼主| 发表于 2013-11-7 10:06:17 | 显示全部楼层
dayouxia008 发表于 2013-11-7 08:27
对于轴向间隙型SR而言,冷却方式比较复杂,对于采用液体冷却而言,冷却流道不好设计,反而使得体积变大, ...

冷却是电机设计的头号问题了——在基础问题解决后。
电动汽车电机一般采取电机体内油冷,电机体外风冷方式,但这需要定子和转子表面光滑,设计略有难度。
理想冷却方式,是风冷加液氮,冬季零下直接用冷风冷却,夏季高温在风道内直接喷射液氮即可将气温降到零下几十度,结构简单重量轻,就是增加了液氮供应的麻烦,但考虑到空调系统和控制系电池也需要冷却,所以倒也不麻烦了。液氮还可能提供动力。
至于航空器电机,因为在空中使用,温度低些 所以还是风冷的好,少量液氮就可以解决峰值高温的问题,SRD也不太怕高温。现在超导电机也用液氮冷却液氦压缩机,液氦浸泡超导材料。液氮是最佳路线。
发表于 2013-11-16 22:44:20 | 显示全部楼层
令人鼓舞,飞机的电动时代不远了。
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