2021年4月19日星期一

同步磁阻电机:电动汽车的无稀土解决方案雷竞技app下载官方版

拉奎拉大学工业与信息工程与经济系的研究小组已经在汽车应用创新电机的设计、原型和测试领域工作了多年。该公司最近参与了一个H2020-GV欧洲项目,致力于通过开发下一代电动传动系统避免使用稀土磁体,确保大规模生产的工业可行性,同时专注于低成本的制造技术。雷竞技app下载官方版

由于内燃机对环境的影响,人们开始努力用替代的推进系统来取代内燃机,其中电动发动机已成为首选。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版电动汽车雷竞技app下载官方版市场正在蓬勃发展,未来20年电动汽车(EV)的销量有望达到高峰,将超过传统的ICE汽车,如图1所示。
储能和动力系统的新技术对电动汽车市场的发展起着至关重要的作用。雷竞技app下载官方版在电机层面,关键部件和创新材料必须集成到当前的电机设计中。材料、电力电子、控制系统方面的最新进展有助于采用创新电机技术的新型节能和高性能动力系统。

电动汽车销售趋势(雷竞技app下载官方版彭博新能源财经)
1.电动汽车销售趋势(雷竞技app下载官方版彭博新能源财经)

电动机的基本特性雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版

EVS的电动机的要求与工业应用中使用的传统方式不雷竞技app下载官方版雷电竞ray官方下载同。最具挑战性的规格在扩展速度范围内减小尺寸和高效率。对于良好的过载和宽速度范围能力,机器通常用围绕定子芯的水夹克冷却水。
电动机的基本特性如下:雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版
1.高比功率和比扭矩;
2.极宽的调速范围;
3.在宽扭矩和速度范围内高效率;
4.恒定功率运行能力宽;
5.高可靠性和鲁棒性的车辆环境;
6.合理的成本。
由于电动汽车在各种行驶条件下在较宽的扭矩-速度范围内运行,因此电机设计的目标应是在车辆的整个行驶循环中实现整体节能(例如WLTP、NEDC、UDDS)。发展高功率密度、高效率、低成本的推进系统有许多要求。
在过去的几年里,这一领域的研究一直很激烈,不同类型的电机已经被研究和提出。雷竞技app下载官方版绝大多数电机解决方案依赖使用稀土磁铁的永磁体技术。雷竞技官网表1总结了欧美市场现有的电动汽车,列出了牵引电机的技术解决方案。雷竞技app下载官方版

电动车辆的牵引电机雷竞技app下载官方版
表1:电动汽车用牵引电机雷竞技app下载官方版

从永磁同步电动机

永磁体(PM)同步电动机更具吸引力,主要优点是它们固有的高效率,高功率密度和高可靠性。
PM电机相对容易控制和表现优异的性能,在最大扭矩每安培控制和最佳扩展速度运行。根据永磁电机在转子中的位置,提出了不同类型的永磁电机,可分为表面安装磁铁和内安装磁铁。
磁铁的原材料成本高且不稳定,这使得它们的长期可用性不确定,尤其是在电动汽车技术即将大规模生产的情况下。雷竞技官网雷竞技app下载官方版此外,永磁电机还存在一些限制电机性能的技术缺陷,特别是当电机温度超过其运行条件时的退磁效果。因此,越来越多的人开始关注替代解决方案,包括不含稀土(RE)的机器或减少RE- pm的机器。

同步磁阻电机

同步磁阻电机(SYNRM)在近年来迈出了极大的兴趣,并且由于其简单粗糙的建筑而表示电动和混合动力汽车的有效替代品。雷竞技app下载官方版Synrm的主要优点依赖于转子笼损失或PM损耗的不存在,允许连续扭矩高于相同尺寸的感应电动机(IM)的扭矩。其他重要特征是:
1.转子可能比PM电机和IM电机更便宜;
2.比转矩是可接受的,不受转子温度的影响;
3.与IM驱动器相比,磁场定向控制算法更简单。

200kw SynRM的横截面
2.200kw SynRM的横截面

传统的synrm以其较低的比(峰值)功率和比(峰值)扭矩(与PM电机相比),更高的噪音和更低的功率因数而闻名。
尽管有这些缺点,它是可能获得高扭矩密度和高效率的电机通过优化转子设计。
通过提高转子的运行速度和磁弱区来提高比功率。然而,需要优化电机性能的最佳几何形状,以保证转子在高速时的机械完整性。

电动汽车动力牵引系统的新解决方案雷竞技app下载官方版

拉奎拉大学工业与信息工程与经济系的研究小组已经在汽车应用创新电机的设计、原型和测试领域工作了多年。该集团最近涉及H2020-GV欧洲项目标有“RefreeDrive” - 稀土自由电子驱动器,用于低成本制造。

表2:目标应用程序的SynRM需求
表2:目标应用程序的SynRM需求

该项目致力于通过开发下一代电动传动系统避免使用稀土磁体,确保大规模生产的工业可行性,同时专注于低成本的制造技术。雷竞技app下载官方版
目的是研究和开发基于无刷交流电机的电动汽车动力牵引系统的新解决方案。雷竞技app下载官方版
通过对项目内部电机拓扑结构的开发,与目前一款作为参考的电动汽车雷竞技app下载官方版雷电竞ray官方下载(特斯拉Model S 60)相比,在比功率、功率密度和效率方面都取得了先进的性能。ReFreeDrive财团由6个欧洲国家的13个合作伙伴组成,拉奎拉大学的团队负责为全电动高级汽车设计高速同步磁阻电机(200千瓦峰值功率)。雷竞技app下载官方版目标是设计一种能够满足表2所示要求的液冷SynRM。

尊重目标分量成本的性能

上述途径需要一个复杂的优化过程,以匹配所需的电机性能,同时尊重目标组件的成本。具体的尺寸程序和优化算法已用于设计的细化和提出的解决方案提出了一个创新的转子结构与“流体形状”障碍和径向肋。
图2为六极并联机构的截面图。的rotor with asymmetric shape has multiple “ribs” that connect the segments to each other axially and transversally: these connections maintain enough mechanical integrity in the rotor structure when rotational forces are applied at high speed.

表3:SYNRM的性能
表3:SYNRM的性能

通过与机械有限元软件耦合的“拓扑优化器”,优化了转子肋的最佳定位和最佳厚度;该算法允许优化数量和质量所需的机械部分,以维持应力。
表3列出了电机在峰值功率和连续功率下的主要性能,图3为电机模式下的效率图:在6200转/分时,峰值效率约为96%,最大扭矩约为383 Nm,峰值功率约为250 kW。在最大转速(18000转/分钟)下,最大功率为56 kW:这些性能完全满足表2的要求。

SynRM的效率图
3. SYNRM的效率图

SynRM转子(1极):机械应力@ 18000 rpm
4.SynRM转子(1极):机械应力@ 18000 rpm

在图4中报道了最大速度(18000rpm)的机械等效应力图:结果是令人满意的并且证实转子结构能够以高速承受机械应力,并且它满足所选电钢的机械限制。雷竞技app下载官方版
为了控制制造成本,仅通过改变定子绕组和堆叠长度,从200千瓦的设计规模扩大到更低功率的机器(75千瓦峰值功率)。
已经实现了两种初始素材,图5示出了75和200 kW尺寸的定子和转子芯。

SynRM原型的定子和转子铁芯
5.SynRM原型的定子和转子铁芯

电力电子由R13技术(L'Aquila Spin-Off)设计,可与Synrm外壳共享电机冷雷竞技官网却系统直接集成。
电动局(75和200kW)将在测试台和车辆示威者的实际驾驶条件下进行测试。

拉奎拉大学工业与信息工程与经济学系的Marco Villani

关于作者
拉奎拉大学工业与信息工程与经济学系的Marco Villani说
拉奎拉大学工业与信息工程与经济学系的Marco Villani说

Marco Villani于1985年获得意大利拉奎拉大学电气工程硕士学位。雷竞技app下载官方版1993年,他成为电力变换器、电机和驱动器的助理教授。雷竞技app下载官方版1990年,他是德国德累斯顿大学的研究员,1995年,他是日本长崎大学的研究员。1998年,他参与了两个SAVE项目,涉及“提高三相感应电机的能效”和“节能电机维修的障碍”。他参与了国家研究项目,并承担了拉奎拉大学和工业合作伙伴之间的几个研究合同的责任。他目前是拉奎拉大学电机工程硕士学位课程的电机设计副教授。雷竞技app下载官方版他的研究兴趣集中在电机的建模和设计,高效感应电机,电机设计的优化技术,电机的有限元分析,永磁同步电机和磁阻电机的工业,汽车雷竞技app下载官方版和航空航天应用的设计。雷电竞ray官方下载他在科学期刊和会议记录上发表了160多篇技术论文。

CITraMS用于运输和可持续移动

可持续流动的话题已经成为最近公众舆论所获得的敏感性的遗产,几乎一致认为这是领土和特别是城市发展进程的核心。
复杂性是可持续性概念所固有的,可理解为环境、社会和经济领域之间的重叠。有必要意识到,在空间中移动人员或货物是一种铰接式和复杂的功能,因为它意味着用户的需求与获得的行为、领土资产、不同的运输系统、技术设备、物理和监管限制等的参与。
图1  -  Citrams的专业。该中心出生于领土和国际职业高,横向科学方法(工程,计算机科学,数学,物理学,化学,医疗神经科学和人文学科)
特别是交通部门和流动部门一般对健康和人类的生活产生了很大影响,因此应该在可持续举措中计算改善人民健康和保护人类生活的任何东西。从这个角度来看,只有通过基于适当的知识水平,分析和数值研究,仿真模型的全系统和多学科方法,才能通过系统和多学科方法来分析可持续移动性。

研究中心

随着有助于解决上述复杂问题的意图,在2019年,L'Aquila大学建立了交通和可持续移动性研究中心(Citrams)涉及大学7个系、公共机构、运输公司和一些国内外运输领域的专家。Abruzzo地区和TUA,独特的Abruzzo公共交通公司,已经加入这一倡议,在意大利全景中是独一无二的。

图2 UAQ4高温超导磁悬浮列车实验系统

因此,该中心出生在领土和国际职业高,横向科学方法涉及工程,计算机科学,数学,物理学,化学,医学神经科学和人文学科等几个领域,如图1所示。

主题和目标

CITraMS促进和协调运输(客运和货运)和可持续运输部门的跨学科研究、技术转让和传播活动,特别是以下方面:雷竞技官网
•交通基础设施及相关的社会经济和管理方面的规划
•需求,运输供应及其的理论分析和建模
相互作用

图3(a)燃烧的光混合电气架构和电力系氢气的方案(b)燃料电气建筑和雷竞技app下载官方版动力传动系统的方案

•先进的运输系统和其组件的技术创新
•具有低冲击的创新推进系统及其组件的技术创新
•交通、物理/社会环境、教育、
健康、残疾和老龄化。

CITraMS的主要目标集中于:
•在几个语境中促进和传播可持续移动性和知识的文化
•促进跨学科性质的问题分析,命题
和实验与不同的运输系统和方法以及社会,经济和环境影响有关
•触发大学,研究中心,公共机构之间的伙伴关系进程

图4 -全电动汽车的动力系统雷竞技app下载官方版

以及支持战略部门研究的公司
•促进流程和社会经济动态旨在在当地,国家和国际背景下产生创新的创业
•支持该领域的技术转移过程雷竞技官网
•促进与公共机构和公司的协议和关系,以产生直接和间接的吸引力和投资
•发展国家和国际合作网络

免费排放交通系统的新技术

Citrams非常重视专注于无排放批量交通系统的新技术的开发和应用的研究活动。

图5 -推进系统建模和控制
图5 -推进系统建模和控制

以下是CITraMS成员在免费排放运输系统领域领导的一些研究和技术开发活动:雷竞技官网
a)高温超导悬浮磁悬浮运输系统(图2)
b)以氢燃料电池和飞轮储能系统(FESS)动力单元为动力的无排放能源循环轨道车(图3a)和道路车(图3b)
c) 全电动汽车的动力传动系(图4)雷竞技app下载官方版
d)创新推进系统设计,测试,优化和控制(图5)。

(Citrams主任Gino D'Ovidio)

对核心材料效率的影响

材料和效率

无论是针对小型或大家用电器的旨在推动混合和/或电动汽车,还是在工业环境中应用,电动机都在确认前所未有的全球增长趋势。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版

涉及材料的挑战

零部件制造商、生产商和最终用户都专注于这种越来越快的扩散,不仅致力于降低成本,而且致力于性能的优化和追求最高的效率。一个直接涉及构成电动汽车核心的材料的挑战,从磁层到定子组。雷竞技app下载官方版

Stefano Fortunati.
Stefano Fortunati,高级技术经理不锈钢和电气钢冶金和经理CSM Terni研究单位。雷竞技app下载官方版

我们谈到了先生Stefano Fortunati.高级技术经理,不锈钢与电工冶金,研究单位经理雷竞技app下载官方版CSM特尔尼,重点关注“白色商品”和汽车行业。«几年了- Fortunati先生解释说-效率代表了一个关键的发展因素,也符合国家和国际规模提供的法规。出于这个原因,家用电器和汽车领域以及其他人长期以来一直关注电动机的高效率雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版»。
方法,后者,具有激励和确定的产量转变为更高更高质量课程
«包括-强调Fortunati先生-的生产商磁性层压用于电机铁芯的实现雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版»。

对原材料的需求降低

与过去相比,这一背景突出了对低价值商品需求的减少原料(硅或类似材料的百分比值非常低的类别)和“高”厚度(甚至0.65毫米)。
目前的趋势是偏好,也在“白色家电”的世界,层压厚度包括在0.5至0.35毫米之间,钢的特点是较高硅含量.«我重要的方面-强调Fortunati先生-除了选择和选择越来越清洁/纯钢的选择以及选择越来越清洁/纯钢(即,没有第二非金属阶段的选择也是较高的护理和控制的较高护理和对晶体微观结构的控制»。
实际上,实际上,低水平内部清洗和纯度结合缺陷和第二阶段的分布,增加了在磁化期间对磁畴的运动的影响。这意味着A.上涨的损失因此,一个效率降低

磁导率的附加价值

«来自市场的需求Fortunati先生补充道然后在于原材料的可用性与改进的特性,精确地提高效率。毫无疑问,从材料研究的角度来看,这方面代表了一种“驱动力”。然而,这还不足以实现这些目标». 这也与以下方面有关:设计和工程改变电动机是活的。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版从更普遍的角度来看,在过去,唯一的(或无论如何主要的)关键设计参数被表示磁损耗,功率损耗
«进展和设计演变——Fortunati先生解释道——已经引领人们认识到一个更高的参数值材料磁性渗透性。用于旋转机械的材料,必须保证在构成铁磁核心的叠层板的各个方向上都能以各向同性的方式容易磁化。对此,从材料晶体学的观点来看,有必要承认易磁化的(晶体学)方向在计划中是均匀分布的。
依靠改进的结晶结构即提高磁导率,以达到更高的应用效率。
考虑到并知道磁芯磁化时的磁损耗、发热和功率损耗,对其进行必要的评估也很重要电流强度.成功地使导电材料磁化,可以使用更少的量。

材料和效率
电机用钢的制造周期。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版

«而且,也少Fortunati先生补充道是通过绕组内部的电流。这意味着减少损失。一种不仅考虑磁性叠片的方法,即铁芯内部的铁磁性材料及其行为。还要知道多少导电材料和必要的电流强度才能达到预期的效果»
一个迹象表明并突出了渗透电动机设计的伟大的活力。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版无论是什么类型的类型(诱导,同步,异步,磁阻电动机等)。
一般性地,汽车和行业一般推进汽车和行业的进一步准则是对研究越来越薄的材料。
值得考虑,然后,材料电阻率元件,面对选择的材料与硅或锰也具有硅或锰。由于限制,因为增加了广泛使用的硅的值超过3.5%,因此材料变得过于脆弱,使其工业制造及其使用非常关键.然后,进一步的策略包括在改善方面取向材料表面质量及其清洁。
«区分元素-强调Fortunati先生-然而,这就导致了一种钢铁厂的选择,即今天允许生产符合这些要求的钢铁»。

厚度和纯度之间的最佳折衷

厚度和电阻率(由于硅,铝和锰雷竞技app下载官方版的含量)代表了汽车范围内的决定因素,因为规则磁损耗包括倍增因子。换句话说,在替代领域,他们的贡献在工业和/或国内南方方面变得非常重要。
«更多的行列式-强调Fortunati先生-在汽车行业,他们通常处理可变频率和高频,层压特性的参考因子达到400hz»。
我们应该考虑到,通过常规链条可获得的最佳材料的磁损耗(在1.5特斯拉- 50赫兹的操作感应下测量,参考厚度为0.35 mm)约为2w /kg。
相反,参考针对汽车应用优化的类似材料的特性(在400 Hz下测量),该值显著增加,高达14-15 W/kg。
因此,总的趋势是要求在损耗和晶体结构方面找到越来越好的解决方案,以提高极化率,即磁导率。在后者的主导因素下,才能获得较高的功率密度。
正如已经强调的那样,所有这些似乎都指向越来越薄的材料,但其力学性能更差,然后在某些范围内具有更困难的潜在适用性。

电阻率雷竞技app下载官方版

另一方面和冲突因子由增加材料中包含的电阻率(首先硅的元件的元件百分比表示。雷竞技app下载官方版«如果在一方面- Fortunati先生解释说-他们更喜欢高合金含量的材料,以改善损耗,另一方面,这本质上阻碍了增加磁导率的机会»。

材料和效率
CSM磁性层压坯的试验线。

今天,似乎研究选择了以产品的开发为定向改善纹理,可能限制合金含量以授予更好的磁导率。同时,同样,在其他授权方面采取行动,以改善钢清洁,厚度和表面质量等损失。«后者是一个改进模型, -注意到Fortunati先生-更难抓住,但在未来,对于那些现在从事新的汽车项目和越来越具有挑战性的市场需求的人来说,产品具有更好的可用性。不要忘记,“超薄”的趋势并不总是由铁芯和定子组的制造商做出积极的判断,因为有时关键的必要加工和更复杂的过程需要管理。

一目了然的未来趋势

目前的趋势似乎是继续研究越来越薄的材料,但我们现在应该考虑可能的复杂性。然后需要并行操作,例如从流程的角度。
«置换,例如落料Fortunati先生补充道从机械系统到采用激光技术的解决方案,受厚度效应的影响较小,并使落料/切割区域周围的磁性性能略有下降。同时,我们应该想象使用多层技术的超薄叠层制造,这是可以降低磁力损失,同时促进其使用»。雷竞技官网
另一个因素,无论如何,已经知道很长时间了,但真正推动这些材料的智能应用,如家用电器,特别是在汽车领域(尺寸和重量起决定作用)是压力控制

压力控制的作用

设计汽车时,他们往往事实上获得最好的性能通过极数的选择,数量的牙齿等等,从而实现定子制造一个空白包,甚至复杂的(与几个削减,槽等等),紧凑和非常小的尺寸。

米
实现电动机的最佳效率涉及多个方面。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版其中,也是核心材料的选择。

«材料Fortunati先生补充道必须以最佳状态产生,而没有内部残留的机械应力,对磁性产生负面影响。显然,消隐操作和更一般地,组装过程,产生机械应力和残余变形,实际上,它们劣化了材料,其效果与起始材料的高磁性质量成比例地严重»。

使用“半成品”材料

电机铁芯制造商可以面对这方面,利用应力消除雷竞技app下载官方版退火,进行实施后的定子包,压实和提供绕组。
«这个过程阶段- Fortunati先生解释说-只有一些公司才有权使用“半成品”材料,而不是“完全成品”材料。换句话说,以较低成本制造的材料,通常硅含量相对较低,不是以成品状态供应,而是退火,不脱碳,进一步冷轧,变形水平非常低。用户对组装好的铁芯进行连续的静态退火,进行校准,以完成材料的净化并获得所需的晶体结构»。
对此的分析结构类型如钢铁生产商所提供的,显示出初始磁性规格的初始磁性规格。然而,定子包制造商通过退火(根据法律提供的特定处理和参数进行)改善内在特性,这改变了内部结构并解决了由切割和组装操作引起的残余应力的问题。一种工艺,后者促进了计算的冶金过程并恢复最佳磁特性。这些是识别的特殊性“半成品”材料,特别是地理区域蔓延。
关于这一点,日本美国现在已经注册了他们的广泛传播,与发生的事情不同欧洲. 我们所指的材料,即使被认为质量水平不太好,也结合了较低的硅百分比(然后是更好的磁导率)的优势,加上较低的成本和由冲裁决定的临界性解决方案。
«我相信这代表了一个有趣的研究和发展领域- e福图纳蒂先生说仍然按照寻找最佳和最优妥协的逻辑能够满足整个制造链,从原材料制造商到电机制造商»。

材料和效率
Centro Sviluppo Materiali,Terni。

研究与开发活动在哪里CSM (Centro Sviluppo Materiali)代表了国内和国际规模的合格伙伴,支持不断的创新,流程和产品的改进以及达到更高和更高的定性目标。

材料服务的经验与创新

CSM (Centro Sviluppo Materiali)成立于1963年,是钢铁行业IRI的研究中心。今天,它代表了RINA集团在产品和流程的创新和改进方面最重要的意大利私人现实。其使命是在世界范围内的工业和市场上发展和转移材料战略部门的技术创新以及相关的设计、生产和应用技术。
CSM的创新技能是基于五十年来在金属和陶瓷材料的工业项目中以及在使能技术的整合中所获得的专门知识。物联网、增材制造、大数据和数据分析、增强现实、协同机器人和数字双胞胎是新背景下的一些关键词。该中心可以声称在这些问题上有长期的经验,通过与世界上最重要的制造公司合作开发的材料部门的创新项目来实现。
今天,CSM为钢铁制造业和多元化领域运营,如石油和天然气,航空航天,特种材料和产品,工程和植物工程,环境和能源。与大,中小企业,工程,制造和服务提供商的严格合作。所有项目阶段,包括样品和模型的模拟,准备和分析,以及所有测试步骤,都在其自己的结构中进行。作为欧洲研究和创新网络的重要领域,CSM始终与国际一级的钢合作伙伴保持着强大的关系。
(Marcella Trapp)

奥迪,动力系统采用三个电动马达雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版

奥迪为了进一步加强其电动扩张的意愿,奥迪e-tron和奥迪e-tron Spo雷竞技app下载官方版rtback开发了s版本,采用三个电动机雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版,两个在后桥,能提供503 HP的总体最大功率。它是大规模生产模型的绝对首映式。
雷竞技app下载官方版电动四轮驱动可利用创新的电动扭矩矢量功能,具有后轴上的扭矩的有源变量分布。雷竞技app下载官方版驾驶到达新尺寸时的反应性,性能和感觉。
503马力和973牛米扭矩可在4.5秒内从0转换到100公里/小时。

静电电机专利

对于这篇消息,我们搬到了美国,在马萨诸塞州,在哪里dr公司通过引进电机,使世界电机发生了巨大的变化雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版静电马达
它们是一个新的电机和发电机家族,不是基于电磁原理,雷竞技app下载官方版雷电竞ray官方下载而是基于静电原理;这项专利将使电动机更轻、更高效。
他们是如何实现这一技术转折点的?这项创新是基于一种彻底的技术颠覆:利用电场而不是磁力来产生扭矩的电机。雷竞技app下载官方版
然而,在过去,静电电动机太弱,并且有问题,以与它们的电磁对应物竞争,例如由于重量重,最大旋转速度和介电流体的大容量。雷竞技app下载官方版
如今,相反,由于材料和设计的进展,德珀实际上正在开发能够实现差异的强大静电电动机。陶器静电电动机包括圆柱体和定子,电极位于定子内的圆柱形表面上。雷竞技app下载官方版导电电极安装在圆柱形转子上,介电流体填充转子和定子之间的空间以防止驻极体放电。
这种方法可能会给电动机的不同应用带来各种好处雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版无人驾驶飞机, 为了工业机器人雷竞技app下载官方版电迁移

工业环境声监测与本底噪声

声学分析

由于制造过程中的任何中断可能会对公司造成严重的财务流失,因此它非常重要防止无计划的电机关闭。雷竞技app下载官方版因此,监测和诊断电动机的健康至关重要,并继续接受越来越多的关注。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版表演的可能性之一电机诊断是通过分析声音发出的雷竞技app下载官方版通过利益对象。的质量声学监测非常依赖于操作机器的环境的背景噪声。过去的一些尝试在过去进行了基于声学分析的条件监测方法(参考文献1-4)。
近年来,声学分析受到了越来越多的关注,并在许多领域得到了应用,如语音识别。然而,状态监测方法由于背景噪音,基于声学分析仍然认为难以在工业环境中实施。
今天的数据收集器和传感器的易用性作为加速度计或电流探头驱动了基于这些测量的许多条件监测系统。然而,现场工程师在注意时,现场工程师要求检查机器的情况异常的声音
一个典型的“解决方案”是执行,而不是隔离声音和它的分析振动、电流、温度或电压的测量这并不总是问题的征兆。即使报告的声音是异常的,现有的解决方案正在尝试通过各种类型的测量来检测故障,而不是首先显示声音是由特定的部分发出的。这反过来可能会限制可能的诊断决定的数量,从而限制所需的工作量。
由于这个原因,在许多情况下,第一次诊断尝试是由经验丰富的工程师进行的,他们能够通过简单地听声源来初步检测和诊断问题。多年来,行业的诊断是“通过耳朵”进行的,随后对发出的声音进行评估。然而,背景噪声的影响会强烈地影响这种判断的质量。
今天的就业市场的趋势导致了一个越来越少的人,通过听到它所做的声音来判断对象的状况。事实上,许多人更喜欢办公室工作而不是在工业环境中工作。如图所示,在全球就业趋势文件(参考文献5),或者在列表中下十年的十大乔布斯预测(参考文献6),这种情况将来会更为普遍。然而,仍然需要进行对物体的初步调查来定位异常声音以执行即时动作。
解决上述问题的一种方法可能是将声学分析用于感兴趣对象的诊断。到目前为止,建立一个可靠的、基于声学的状态监测系统是比较困难的,因为声音测量总是受到影响背景噪音.然而,最近的技术,如声学摄像机,能够成功定位特定的声音成分,从而消除这些噪音的影响(参考文献7-8)。
各种故障感应电机中可能发生的问题已经得到了广泛的研究,并提出了许多监测方法来检测问题(参考文献9)。电机状态监测的方法大多是利用振动或电机电流特征分析(MCSA)(参考文献9 - 11)。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版虽然基于振动和电流特征分析的监测技术已经被广泛接受,但声学测量在工业应用中还不太流行。
本文介绍了一种基于声学测量的感应电动机诊断方法,并将振动分析作为声学测量价值评估的参考。

测量工具

声波相机

声学相机的想法是做的声源识别与量化,并通过处理通过麦克风阵列接收的多维声学信号来创建声学环境的图片并覆盖声画在视频图片(参考文献7)。其他可能的声学相机应用包括用于车辆内饰和外部声音识别的非破坏性测量的测试设备(参考文献7-8和12);火车和飞机(参考文献。13-14);并且在风隧道等中测量另外,一些研究表明声镜对无人水下车辆(参考文献15),机器人和机器人化平台等。它也可用于战地环境中的被动声学传感(参考.16)。在这项工作中,使用48麦克风声学相机用于声音测量;表1中提出了麦克风参数。
声学分析采用声全息技术对声源进行分析。声全息技术是一种通过麦克风阵列测量远离声源的声场参数来估计声源附近声场的方法。这是一个众所周知的技术,它的描述可以在(参考文献16-17)中找到。

振动测量

振动测量是电机状态监测中最常用的方法之一。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版压电式加速度计通常用于测量振动。雷竞技app下载官方版为了实现本工作的目的,振动测量作为声音测量的参考。利用ABB的MACHsense-P状态监测工具采集振动。MACHsense-P是ABB提供的一款行走状态监测服务工具,专门针对电机。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版振动信号测量使用4个同步数据采集通道,并分析机械和电磁缺陷。MACHsense-P工具用于分析的频率范围从0 Hz到12,800 Hz。本文提出的振动分析是嵌入到MACHsense-P工具中的功能。

测量分析和比较

在工业环境中进行的所有振动和声学测量。由于感应电机是工业上最广泛使用的机器(参考文献18),两个相同类型的三相感应电机被选择。电机铭牌细节见表2。
声学分析两台电机位置相对较近,均通过直接联轴器驱动同类型离心泵。两个电机在相同的负载水平运行。电机情况1被认为是健康的,而电机情况2被认为是静态偏心和软足的组合。由于软脚通常导致静态偏心,这种组合故障是非常常见的。

基于振动测量的结果

对于两个电机箱,振动传感器位于电机主体的中心。图1A呈现了健康电机壳体的振动谱,而图1B呈现静电和软脚电机壳组合的振动谱。由于在低频范围内通常可见静电偏心,因此两个数字呈现为0 Hz至200Hz的频率。您可能会注意到,图1B包含高峰 - 左右100 Hz。
声学分析
这个峰值的值在0.12 gs以上,而在图1A中这个峰值小于0.02 gs。如(参考文献12)所示,在频率fecc -处,静态偏心引起振动中可见的附加力,公式如下:
fecc= 2∙f线
其中fline是电源频率。在上述情况下,两台电机均由50 Hz供电;因此,静态偏心相关频率fecc在100 Hz时可见。通过将fecc频率的振幅作为静态偏心指示器,可以清楚地看到,案例2中的电机达到了比案例1中的健康电机更高的静态偏心水平。使用MACHsense-P自动计算静态偏心指示器。
声学分析

基于声学测量的结果

对于工业应用,当使用麦克风进行测量时,背景噪声是不可避免的。通过对测量信号进行后处理,可以滤除背景噪声。这是可能的,因为测量的声音的性质不同。背景噪音(包括冷却装置的气动噪声)通常是一个宽带信号与一个或多或少的光谱常数(Ref。1)。相反,感应电机产生声音的特点是许多纯色调——至少对声音产生的电磁起源。参考文献1提出了一种方法,在操作感应电机之前,只测量背景噪声。随着感应电机的运行,被测量的光谱随后从被测量的光谱中减去。然而,这种噪声滤波方法在工业中并不被接受,因为它影响工业过程。
参考文献11描述了一种与电流测量中呈现的电动机相关的频率的方法。雷竞技app下载官方版可以应用相同的方法用于振动或声学信号。如(参考文献11)所示,通过了解电机参数和电机滑动,可以识别与电机状况相关的所有频率。同样地,即使信号包含背面噪声,也可以在声学信号中找到并识别所有电动电动频率。
图2显示了通过麦克风阵列的平均信号的声光谱。
声学分析
图2A呈现了健康电动机壳体的声光谱,而图2B呈现了静电和软脚电机壳体的组合的声光谱。从0Hz到200Hz的频率获得两个图。类似于振动箱,可以注意到图2B在大约100 Hz的高峰之间组成,而图2a则不会。该峰值的值高于600MPa,而在图2A中,该峰值小于350MPa。这些结果与基于振动的结果非常相似,并且它们显然表明静偏心;然而,在声学信号的情况下,没有保证该频率从电动机散发出来。
为了解决这个问题,可以应用声学全息技术来查找感兴趣频率的声源,在这种情况下,100 Hz。
声学分析

结论

本文提出了一种基于声学的电机状态监测技术。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版振动分析被用作评估声学测量值的参考。声学测量通过48麦克风声学摄像机进行。对2例感应电机病例进行了检查,1例为健康电机病例,1例为静偏心与软足合并病例。针对故障情况,分别从振动信号和声信号中识别出相应的频率。基于声全息技术,将故障相关的声频源定位于故障机器本体的中心位置。如结果部分所示,可以认为声学信号可以成功地用于噪声工业应用中电动机的状态监测。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版显然,与振动信号相比,单个声信号存在干扰和噪声;为了解决这一问题,需要利用声摄像机进行声定位。声音分析的另一个好处是,声波传感器不需要直接连接到电机上,这在工业应用中往往是困难的。
(Maciej Orman和Cajetan T. Pinto)

工具书类
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是否将实施自主导向的电动集装箱船?雷竞技app下载官方版

Yara Birkeland停产的消息第一艘自主导向电动集装箱船雷竞技app下载官方版,引发了关于多式联运物流绿色未来的争论。问题是将交通方式从公路改为海运,减少了噪音、污染和微细颗粒物,提高了地方生存的安全性。

这项手段,项目的重点是vard和雅拉国际公司与康斯伯格格鲁彭(Kongsberg Gruppen)合作,后者负责设计和开发autonomous-guide军用和民用车辆系统,已经引起了全世界的注意。这艘“绿色”集装箱船旨在通过峡湾在挪威运送货物,将产品从Porsgrunn生产基地运输到布雷维克和拉维克城市。
降低二氧化氮和在该地区发生的二氧化碳排放相当于每年约4万辆卡车行驶所产生的能量
Yara Birkeland将以10节的最高速度行驶约40英里,其装载能力相当于150 TEU。此外,装卸阶段也是可持续的:它会发生在电气设备上。雷竞技app下载官方版
Yara公司总裁兼常务Svein Tore Holsether认为,“这艘新的自主电池集装箱船完成了从公路运输到海上运输的过渡,减少了噪音和微细粉尘,提高了当地生存能力的安全性。”

该方法预计将在2020年前几个月准备就绪,到2022年将成为完全自主指南,但Pandemic推迟了一切。让我想想……

全电动汽车的下一代电动传动系统雷竞技app下载官方版

欧盟资助的三个项目”被修改”、“Drivemode“和”refreedrive将在联合研讨会虚拟活动(将于2021年4月16日10:00至12:00举行)上展示他们的最终项目成果。
欧盟资助项目将分享和辩论他们如何遇到H2020呼叫所设定的挑战“全电动汽车的下一代电动传动系统,雷竞技app下载官方版专注于高效率和低成本”。
重点是电机的功能系统集成;雷竞技app下载官方版减少对稀土磁铁的需求;集成电力电子与电池充电功能,模块化电力传动组件。雷竞技app下载官方版
最后的活动将由AVERE(秘书长Philippe Vangeel)介绍,随后将对每个项目进行简短介绍和小组讨论。INEA–欧盟委员会(项目官员Michal Klima)将提供总结和总结。

通过各向同性超精加工降低噪声

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为了减少电动机传输的噪声,似乎为工业生产的最佳雷竞技app下载官方版雷电竞ray官方下载表现的技术是所谓的各向同性超级整理(ISF)的变型,可以将传统ISF的典型精加工与创造相结合压缩压力状态是喷丸的典型。

弗朗西斯科·奇奇,保罗·马可尼

正如你很容易猜到的,从往复式电机到电动电机的转换不可避免地对相对的传动系统产生了很大的影响,这是由于不同的功率传递方式和不同的转速。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版不那么直观的是,通往电机的通道也暗示了新问题的出现,或者更好的是,使一些以前不涉及雷竞技app下载官方版雷电竞ray官方下载任何临界的特征出现问题。噪声就是其中之一:首先,由于推进器的典型噪声减小;其次,由于旋转速度的增加,这意味着齿轮产生的噪音的频率也相应提高,甚至更多的进入人类耳朵听到的最“恼人”的频率范围。

因此,对于用于电机的传动系统,降低齿轮的噪声成为基础,噪声的降低不可避免地是通过优化齿轮的表面光洁雷竞技app下载官方版雷电竞ray官方下载度来实现的。
不幸的是,正是不同的特点的电力输送的电机,导致采用齿轮越来越小的尺寸相比传统的,事实无疑不支持表面加工过程。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版似乎在这个完整的调查,技术,为工业生产提供最好的表演是一种特定变体完成(安全部队),所谓的各向同性超级变种,也成功匹配的典型完成的标准安全部队创建典型的喷丸加工的压应力状态。

各向同性的超精加工

术语“各向同性超精整”(通常以其首字母缩写ISF表示)指的是一种振动精整处理,在这种处理中,特定化学剂的存在增强了待处理部件表面介质的磨蚀作用。
这种化学试剂可以选择性地蚀刻材料的粗糙表面,这些粗糙表面在经过化学作用后,在介质的机械作用下逐渐被去除。

这种治疗的主要目标是进行表面加工粗糙的顺序为0.02微指令通过在环境温度下,给予绝对统一的组件配置文件,与副作用的无效的最终状态的表面残余应力和表面硬度略有增加。

在这个配方中,ISF已经在市场上存在了大约30年了:在本文中,我们将介绍一种进一步的实现方法,在这种方法中,液体形式的化学剂被专用研磨膏取代,为了实现这样一种工艺,不仅可以获得更好的表面光洁度,而且还可以实现与喷丸处理部分相似的压缩型表面应力状态。
在其标准设置中,ISF可以被认为是传统滚动筒的推导,那些需要清洁毛刺,边缘,证人杆或其他宏观抑制的组件的振动容器被剥离到具有适当硬度的培养基的“床”中,形状和尺寸,并且让振动长时间(通常是数小时),直到介质和碎片之间的机械接触达到这种宏观粗糙度。

在理想的情况下,介质和元件之间的接触应尽可能地切向于元件本身的表面,以获得粗糙度的去除,但由于垂直于表面本身而不产生材料上的新凹口。
传统翻滚的极限恰恰在于:无论如何发生抑制粗糙度的去除,因为媒体和粗糙度之间的碰撞的机械效果,即使控制,也将始终和无论如何都将垂直组件垂直于表面,不仅与之交叉。

图1 -用传统滚筒进行平滑处理的简化表示法:介质的作用不只是去除突出的材料,还包括压印基材。因此,由于介质本身对材料表面的影响,即使长时间的翻滚,也有一个完成极限

这意味着,从媒体去除一定水平后,我们不能期望相应的“无穷无尽”的翻滚治疗,因为介质在去除一定程度的情况下,也不能指望平滑的“无穷无尽”的平滑改善,这也成为表面的损坏源(图1)。
在ISF的情况下,传统的介质与化学剂结合,能够蚀刻基材的机械电阻:这样,介质必须作用于其宏观机械电阻特性减弱的材料,因此,材料的去除非常容易。

这允许从机械的角度使用这么少的“侵略性”介质,使得它们不能再构成基材的损坏来源,从而通过并联水平完成渐进式“扁平化”(图2)。

图2 -在安全部队的情况下,材料去除前面都有一个化学腐蚀局部突起的材料本身:这允许使用从根本上“无害的”媒体基材的化学蚀刻:这允许连续切削通过扁平化操作,理论上可以无休止地延长

这意味着这一过程可以“无休止地”进行,逐步增加材料的表面去除,然后进行精加工,达到粗糙度在0.02 μm量级的表面精加工,而且表面“纹理”的特征是本质上的凹陷,非常有利于润滑剂摩擦学(图3)。
就这些几何效应而言,ISF的另一个好处是消除表面上的最终残余牵引应力。

图3 -只有在突出的材料上才能操作的特性允许ISF在凹陷处保持纹理,这对润滑剂摩擦学非常有利

这种现象在文献中被广泛记录,一般来说,我们可以假设这种效果与这样一个事实有关,即材料去除无论如何都构成了应力状态的松弛元素(一些残余应力的测量技术只是基于这个假设),当残余应力具有更强的牵引力时(想想应力腐蚀现象),这种去除尤为突出。
图5报告了旨在硬化以引起牵引表面应力的奥氏体钢样品上存在的应力状态的比较:残余应力的测定由Soiano del Lago(BS)的2Effe工程实验室通过X射线衍射(XRD技术)进行,通过电化学蚀刻逐步去除表面材料,进行深入分析。

图4 -经过ISF处理后奥氏体钢试样的残余应力趋势(蓝线)(红线)

从液体粘贴

正如快速传动齿轮的工业生产现实所突出的那样,它几乎几乎不可能确保他们要求的表现,特别是在持续时间和疲劳强度方面,而不是转向喷丸处理,治疗,在极端合成,提供通过在压缩空气推力下由喷嘴突出的颗粒流动的加工下撞击组件的表面,使得以下组合:

  • 粒子的动能;
  • 粒子的质量;
  • 颗粒材料(或更准确地说,其断裂点);
  • 颗粒硬度与待处理材料硬度的关系
  • 成功地在材料表面上诱导与表面本身正交的塑性变形。

根据众所周知的泊松效应,根据与表面正交的这种塑性变形,根据图5中总体所示的机构,对应于表面本身并行于表面本身的压缩应力状态的开始。

图5 - a)喷丸介质引起的应力导致表面材料的压缩塑性变形,与该表面正交(红色区域);b)由于泊松效应,这种压缩塑性变形对应于与表面平行的相反符号的塑性变形;C)底层材料,仍然在弹性场(蓝色区域),在牵引中受到应力,在压缩中产生弹性反应,然后产生所需的压缩状态

因此,它本质上是一种机械性的治疗,因为它所引入的改善效果是机械性的,而产生这种效果的机制也是机械性的。
从定量的角度来看,诱导应力状态的最大绝对值可达材料屈服点的70% - 80%,其效应可扩展到约0.1 mm的深度。
不幸的是,仅仅是它们的几何构造,特别是采用一般非常小的模块,就会使喷丸处理在电传动齿轮上的有效应用变得非常复杂,这正是由于垂直地“润湿”介质流的几何困难。雷竞技app下载官方版牙齿的接触面。

图6 -去除油料过程的范例表示

幸运的是,与介质垂直投射到表面的碰撞不是实现齿轮表面(或任何其他组件)的控制塑性变形的唯一模态:众所周知,也可以储备库存加工可以实现类似的效果,随着库存移除通过“撕裂”,其中首先将材料置于塑性变形,然后超过其伸长点(图6)。
关于没有切割的表面,切屑分离之前的牵引塑性变形,由于类似于喷丸处理的弹性回弹机制,与表面本身平行的弹性压缩状态(图7)。

图7- a)在部件表面上移除的发生塑料库存通过材料表面的牵引物留下了相应的塑性变形;b)仍然在弹性场中的底层材料在牵引力中强调,它在压缩中以弹性响应反应,为表面上的材料产生压缩状态

安全部队的激励原则与磨料贴正是与其说在于使用vibration-finishing媒体携带化学剂,而是一个研磨膏,收回表面切削过程从化学范围机械范围和实际磨削过程无穷小规模繁殖,由于研磨膏的颗粒是工具,介质是刀架。

图。图8是由ISF引起的表面残余应力的趋势,与原料相关的磨料和通过射击灌注以可获得的东西进行
图9 - 用于机械抛光齿轮(顶部)和通过磨料糊剂(底部)的表面精加工的比较

之前看到的对钢样品进行的个人实验,已经导致确定,对于这种处理,表面应力状态定性地类似于喷丸引起的应力状态,即使定量值从80% - 70%降低到30% - 25%的屈服点,穿透深度也从100 μm降低到30 μm左右(图8)。

结论

所谓的“振动整理处理”,换句话说,基于治疗和特异性培养基的组分之间的重复相对接触的所有这些处理也是如第三种物质的载体所包括的surface engineering, inside what I define “modification treatments”, i.e. aimed at enhancing the characteristics of the material surface through endogenous modifications, and not through the coating and deposition of exogenous material.

图10 - 关于机械抛光齿轮(顶部)表面的状态和通过磨料糊状物(底部)的表面的SEM图像

各向同性的超级整理,ISF在国际技术上,是一种特定的振动整理处理,通过化学作用的组合来设置表面材料的逐步去除的目标,这些化学作用减少了突出材料的电阻和介质的机械作用在整理过程中除去如此弱化的材料,可以无休止地理论上延长,但实际上,在6-12小时的执行时间,在任何工程材料上授予0.02μm的精加工。

ISF的一种新方法是用研磨膏代替化学剂,该研磨膏通过介质输送,通过纯机械过程去除突出材料,与研磨操作中发生的情况类似。在这种情况下,材料去除机制通过超过伸长率的断裂点,通过反应在表面上产生弹性压缩状态,其机制部分回顾喷丸;与后者相比,应力状态在绝对值和达到深度方面都较差,但具有更好的表面光洁度的优势。

Hitachi进入汽车世界

面对美国日益增长的可持续移动市场,这家日本公司日立已经决定进入电机领域雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版用于电池车辆。

去年8月19日th,为此目的,他们建立了日立汽车电机系统公司,雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版随着Shingo Nakamura担任总裁。

将生产电动机的位置是雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版在肯塔基州该公司在伯里亚市现有办公和工厂,占地近26万平方米。

制造业预计将在2022年开始。