澳团队打造新型电机有望提升电动车续航力

由新南威尔士大学的一个团队设计和制造的新型磁力驱动电机。（Guoyu Chu提供）

【大纪元2022年09月16日讯】（英文大纪元记者Steve Milne报导／张雨霏编译）澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）的工程师近期成功研发出一种全新的高速电机，该电机不仅减少了稀土矿物的消耗，而且有可能增加电动汽车的续航里程。

这款内置式永磁同步电机（IPMSM）原型的设计灵感来自韩国最长铁路桥的形状，速度已达到每分钟10万转，创下了新的世界纪录，是现有叠层IPMSM高速记录的二倍，成为世界上使用商业化叠层材料制造的最快的IPMSM。

最重要的是，这款新型电机能够产生非常高的功率密度，可减轻电动汽车整体重量，从而增加续航里程。

这项新技术是由新南威尔士大学电气工程与电信学院副教授鲁克米?杜塔（Rukmi Dutta）和朱国玉（Guoyu Chu，音译）博士领导的团队开发的，是对现有IPMSM（主要用于电动汽车的牵引驱动）的改进。

朱博士在9月12日的一份新闻稿中说，目前电动汽车的发展趋势就是搭载转速更快的电机。“每个电动汽车制造商都在尝试开发高速电机，因为物理定律的性质允许你缩小机器的尺寸。而机器越小，重量就越轻，消耗的能量也就越少，因此车辆的续航里程也可进一步提升。

“通过这个研究项目，我们试图达到一个绝对最大值，并记录下最高速度为每分钟10万转，峰值功率密度约为每公斤7,000瓦。”

他还表示，该电机系统拥有扩展性，并且可以调整功率和速度，如果想要调整该电机以适应特斯拉电动汽车，大约只需要6-12个月。

这项新技术由新南威尔士大学电气工程与电信学院副教授鲁克米?杜塔（左）和朱国玉博士领导的团队开发。（UNSW提供）

朱博士于9月13日通过电子邮件告诉《大纪元时报》：“如果我们针对电动汽车扩展应用和优化电机设计，预计将比目前的市售产品轻10%至20%，效率提升2%至5%。同时，逆变器也将受益于高速而变得更轻更小，重量的减轻和能效的提升有望将续航延长5%到10% 。

该团队表示，IPMSM型电机在其转子中嵌入了磁铁，以产生强大的扭矩从而扩大速度范围。然而，现有IPMSM的机械强度较低，因为其转子中的铁桥很薄，限制了它们所能达成的最大速度。

好消息是，该研究团队已经为一种新的转子拓扑申请了专利，该拓扑显着提高了稳健性，同时还减少了每单位发电量所需的稀土材料数量。

新设计基于韩国双系拱结构Gyopo铁路桥的工程特性，以及基于复合曲线的机械应力分布技术。最终，该新型电机实现了令人印象深刻的每公斤约7千瓦的功率密度，可极大地增强电动汽车的性能。

新的IPMSM原型电机是基于新南威尔士大学的人工智能辅助优化程序开发的，该程序评估了一系列不同物理方面的设计，包括电气、磁力、机械和热力等。

朱博士告诉本报，得益于转子结构的显着增强，该电机的机械安全系数比目前市售的电动汽车电机高出1.5至2倍。鉴于此，预计新款高速电机的使用寿命会更长。

此外，与现有技术相比，该团队的新电机还具有显着的成本优势，并且使用的稀土材料更少，比如钕。

朱博士说：“大多数高速电机使用套筒来加强转子，而套筒通常由钛或碳纤维等高成本材料制成。套筒本身非常昂贵，还需要精确装配，因此会增加电机的制造成本。我们的转子具有非常好的机械稳健性，因此我们不需要套筒，从而降低了制造成本。而且我们的新电机只使用了大约30%的稀土材料，又大幅降低了材料成本，从而使我们的高性能电机更加环保且价格实惠。”