澳團隊打造新型電機 有望提升電動車續航力

由新南威爾士大學的一個團隊設計和製造的新型磁力驅動電機。（Guoyu Chu提供）

【大紀元2022年09月16日訊】（英文大紀元記者Steve Milne報導／張雨霏編譯）澳大利亞新南威爾士大學（UNSW）的工程師近期成功研發出一種全新的高速電機，該電機不僅減少了稀土礦物的消耗，而且有可能增加電動汽車的續航里程。

這款內置式永磁同步電機（IPMSM）原型的設計靈感來自韓國最長鐵路橋的形狀，速度已達到每分鐘10萬轉，創下了新的世界紀錄，是現有疊層IPMSM高速記錄的二倍，成為世界上使用商業化疊層材料製造的最快的IPMSM。

最重要的是，這款新型電機能夠產生非常高的功率密度，可減輕電動汽車整體重量，從而增加續航里程。

這項新技術是由新南威爾士大學電氣工程與電信學院副教授魯克米‧杜塔（Rukmi Dutta）和朱國玉（Guoyu Chu，音譯）博士領導的團隊開發的，是對現有IPMSM（主要用於電動汽車的牽引驅動）的改進。

朱博士在9月12日的一份新聞稿中說，目前電動汽車的發展趨勢就是搭載轉速更快的電機。「每個電動汽車製造商都在嘗試開發高速電機，因為物理定律的性質允許你縮小機器的尺寸。而機器越小，重量就越輕，消耗的能量也就越少，因此車輛的續航里程也可進一步提升。

「通過這個研究項目，我們試圖達到一個絕對最大值，並記錄下最高速度為每分鐘10萬轉，峰值功率密度約為每公斤7,000瓦。」

他還表示，該電機系統擁有擴展性，並且可以調整功率和速度，如果想要調整該電機以適應特斯拉電動汽車，大約只需要6-12個月。

這項新技術由新南威爾士大學電氣工程與電信學院副教授魯克米‧杜塔（左）和朱國玉博士領導的團隊開發。（UNSW提供）

朱博士於9月13日通過電子郵件告訴《大紀元時報》：「如果我們針對電動汽車擴展應用和優化電機設計，預計將比目前的市售產品輕10%至20%，效率提升2%至5%。同時，逆變器也將受益於高速而變得更輕更小，重量的減輕和能效的提升有望將續航延長5%到10% 。

該團隊表示，IPMSM型電機在其轉子中嵌入了磁鐵，以產生強大的扭矩從而擴大速度範圍。然而，現有IPMSM的機械強度較低，因為其轉子中的鐵橋很薄，限制了它們所能達成的最大速度。

好消息是，該研究團隊已經為一種新的轉子拓撲申請了專利，該拓撲顯著提高了穩健性，同時還減少了每單位發電量所需的稀土材料數量。

新設計基於韓國雙系拱結構Gyopo鐵路橋的工程特性，以及基於複合曲線的機械應力分布技術。最終，該新型電機實現了令人印象深刻的每公斤約7千瓦的功率密度，可極大地增強電動汽車的性能。

新的IPMSM原型電機是基於新南威爾士大學的人工智能輔助優化程序開發的，該程序評估了一系列不同物理方面的設計，包括電氣、磁力、機械和熱力等。

朱博士告訴本報，得益於轉子結構的顯著增強，該電機的機械安全係數比目前市售的電動汽車電機高出1.5至2倍。鑒於此，預計新款高速電機的使用壽命會更長。

此外，與現有技術相比，該團隊的新電機還具有顯著的成本優勢，並且使用的稀土材料更少，比如釹。

朱博士說：「大多數高速電機使用套筒來加強轉子，而套筒通常由鈦或碳纖維等高成本材料製成。套筒本身非常昂貴，還需要精確裝配，因此會增加電機的製造成本。我們的轉子具有非常好的機械穩健性，因此我們不需要套筒，從而降低了製造成本。而且我們的新電機只使用了大約30%的稀土材料，又大幅降低了材料成本，從而使我們的高性能電機更加環保且價格實惠。」

除了電動汽車，該電機還有許多其它潛在應用，比如大型供暖、通風和空調系統，以及用於航空和機器人行業的高精度計算機數控機床等。

責任編輯：韓玉