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全球聚焦：研究人員制造出世界上最快的電動機每分鐘十萬轉(zhuǎn)

2022-09-20 08:36:48 來源：中國科技網(wǎng)

據(jù)澳大利亞新南威爾士大學(xué)網(wǎng)站報道，該校研究人員開發(fā)出一種新型電動機，可實現(xiàn)每分鐘100000次的轉(zhuǎn)速。新設(shè)計實現(xiàn)的高功率密度可幫助減輕電動汽車重量，從而增加續(xù)航里程。世界各地電動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，但這同時增加了車輛重量，產(chǎn)生更多需解決的問題。

【資料圖】

新南威爾士大學(xué)團隊設(shè)計和建造的新電機是對現(xiàn)有IPMSM（內(nèi)置永磁同步電機）的改進，IPMSM主要用于電動汽車的牽引驅(qū)動。圖片來源：Guoyo Chu/新南威爾士大學(xué)

另一種選擇是減輕電動機的重量，高速旋轉(zhuǎn)的電機可縮小尺寸，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汽車續(xù)航里程。

電動汽車牽引驅(qū)動中使用傳統(tǒng)內(nèi)置式永磁同步電機（IPMSM），其將磁鐵嵌入轉(zhuǎn)子中以產(chǎn)生強大的扭矩。現(xiàn)有的IPMSM由于轉(zhuǎn)子中的薄鐵橋而遭受低機械強度的影響，這限制了它們的最大速度。研究人員使用了一種新的轉(zhuǎn)子拓撲結(jié)構(gòu)，不僅提高了電機的穩(wěn)健性，而且還將生產(chǎn)電機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，評估了電、磁、機械和熱等各方面性能以優(yōu)化電動機設(shè)計。

團隊對90種設(shè)計方案進行了評估，然后選擇其中前50%來生成新設(shè)計，并重復(fù)迭代過程，直到達到所需的最佳效果。最后一個電機設(shè)計是該程序分析的第120代，最終實現(xiàn)了每分鐘100000轉(zhuǎn)的絕對最大速度和每公斤7千瓦的峰值功率密度，是現(xiàn)有層壓IPMSM高速記錄的兩倍，成為有史以來最快的IPMSM。

除電動汽車外，該電機還可用于使用高速壓縮機以及高精度數(shù)控機床的大型供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，或作為集成驅(qū)動發(fā)電機部署在飛機發(fā)動機內(nèi)部，為電氣系統(tǒng)提供動力。

新電機與現(xiàn)有技術(shù)相比還具有顯著的成本優(yōu)勢，大多數(shù)高速電機使用套筒來加強轉(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)子具有非常好的機械堅固性，因此不需要套筒，且只使用約30%的稀土材料，成本大幅降低，從而使高性能電機更加環(huán)保和實惠。

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