2021年4月26日,星期一

Hitachi进入汽车世界

去年日本公司面对美国可持续流动性市场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,他们已经建立了Hitachi汽车电动机系统美国,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。

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的制造终点的新闻第一个自主导向电容器船雷竞技app下载官方版,引起了关于多式联运物流绿色未来的争论。此事是运输从道路到海的过渡,减少噪音,污染和细粉尘,具有更多的地方生存能力。

这项手段,项目的重点是vard和雅拉国际公司与Kongsberg Gruppen合作,设计和发展自主指南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
雅拉总统和董事总经理的SVEIN撕裂罗尔斯库勒斯认为,“这艘新的自治集装箱船舶实现了运输从海洋到海的过渡,降低了噪音和细粉尘,提高了当地活力的安全性。”

预计这一手段预计将在2020年的第一个月准备好,成为2022年的完全自主指南,但大流行推迟了一切。让我们来看看 …

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

奥迪进一步加强其电气扩张的意志导致了奥迪E-TRON和奥迪电子(奥迪E-TRO雷竞技app下载官方版N Sportback)的发展三个电机雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版,后轴两个,可提供503马力的整体最大功率。这绝对是批量生产模型的首次亮相。
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 HP和973 nm的扭矩允许在4.5秒内从0到100km / h移位。

同步磁阻电动机:电动汽车稀土自由解决方案雷竞技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

内燃机对环境的影响导致替代推进系统努力,其中电动机已成为主要候选者。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下载官方版市场蓬勃发展,在接下来的二十年里,预计浪涌电动汽车(EV)销售额应超过传统冰汽车的销售额,如图1所示。
能量储存和动力技术的新技术在电动汽车市场的发展中起着关键作用。雷竞技app下载官方版在电机电平,关键部件和创新材料必须集成在当前的电机设计中。最近的材料,电力电子设备,控制系统的进展是采用创新电机技术的新能源效率和性能的发电机。

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.电动汽车销售的趋势(雷竞技app下载官方版彭博新能源融资)

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

电动汽车对电机的要求不同于工业应用中的常规电机。雷竞技app下载官方版雷电竞ray官方下载最具挑战性的规格是在扩展的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的能力,机器通常是水冷与水套周围的定子铁芯。
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.高特定功率和特定扭矩;
2.极宽的调速范围;
3.在宽扭矩和速度范围内高效率;
4.宽恒功率工作能力;
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驾驶条件下的扭矩-速度范围都很宽,因此电机设计应以实现车辆在一个驾驶周期(如WLTP、NEDC、UDDS)内的整体节能为目标。发展高功率密度、高效率、低成本的推进系统是当前的迫切需求。
这一领域的研究在过去几年中得到了激烈,并研究了不同类型的电机。雷竞技app下载官方版绝大多数电机解决方案依赖于使用稀土磁铁的永磁技术。雷竞技官网表1总结了欧洲和美国市场的现有电动车辆,指定了牵引电机的技术解决雷竞技app下载官方版方案。

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

从永磁同步电机

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。
在每个安培控制和最佳延长速度操作的最大扭矩方面,PM电动机相对容易控制和表现出优异的性能。根据转子中PMS的位置提出了不同类型的PM机器,并且可以被分类为表面或内部安装的磁体。
磁铁的原料的高和挥发性成本不确定它们的长期可用性,特别是因为电动汽车技术将在大规模生产中制造。雷竞技官网雷竞技app下载官方版此外,PM电动机存在几种技术缺点,其限制电动机的性能,特别是如果电动机的温度超过其操作条件,则特别是退磁效果。因此,在替代解决方案中存在越来越关注,包括稀土(RE)自由机或减少的再加下午的机器。

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电动机和IM ONE昂贵昂贵;
2.特定扭矩是可接受的,并且不受转子温度的影响;
3.相对于IM驱动器的控制算法,面向场的控制算法更简单。

200 kW Synrm的横截面
2. 200 kW Synrm的横截面

传统的Synrms以其较低的特定(峰值)功率和特定(峰值)扭矩(与PM电动机相比),较高的噪声和较低功率因数是已知的。
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。
通过增加转子操作速度和磁通弱区域来提高SYNRM中的特定功率。然而,需要精制电动机性能的最佳几何形状,以确保转子高速的机械完整性。

电动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。该集团最近参与了一个名为“RefreeDrive”的H2020-GV欧洲项目——低成本制造的无稀土电子驱动器。

表2:目标应用程序的SynrM要求
表2:目标应用程序的SynrM要求

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
目的是基于无刷AC电机稀土磁铁的无刷AC电机,研究和开发电力牵引系统的新解决方案。雷竞技app下载官方版
通过该项目内的电动机拓扑结构的开发,与作为参考的电流电动车辆相雷竞技app下载官方版雷电竞ray官方下载比,在特定的电力,功率密度和效率方面已经实现了先进的性能(Tesla型号S60)。Refreedrive联盟由六个欧洲国家的13个合作伙伴组成,L'Aquila大学团队负责全电动优质车辆的高速同步磁阻电机(200 kW峰值电源)。雷竞技app下载官方版目标是设计液体冷却的Synrm,而不是满足表2中所示的施加要求。

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示出了6极Synrm的横截面。具有不对称形状的转子具有多个“肋”,其轴向且横向地彼此连接到彼此:当施加旋转力时,这些连接在转子结构中保持足够的机械完整性高速。

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。
峰值电源和连续电源的主要电机性能列于表3中,图3呈现电动模式下的效率图:峰值效率约为96%,最大扭矩为383nm,峰值功率约为250千瓦6200 rpm。以最大速度(18000rpm),最大功率为56 kW:这些性能完全满足表2中给出的要求。

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

在最大转速(18000转/分)下的机械等效应力图如图4所示:结果令人满意,并确认转子结构能够承受高速下的机械应力,它满足所选电工钢的机械极限。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原型的定子和转子核心

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。
动力系统(75和200千瓦)将在真实的驾驶条件下在试验台和车辆演示上进行测试。

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收到了M.S.degree in electrical engineering from the University of L’Aquila, Italy, in 1985. He became an Assistant Professor of power converters, electrical machines, and drives in 1993. In 1990, he was Research Fellow at the University of Dresden, German, and in 1995 at the Nagasaki University, Nagasaki, Japan. In 1998 he cooperated in two SAVE projects concerning the “Energy efficiency improvements in threephase Induction Motors” and the “Barriers against energy efficient motor repair”. He has been involved in National Research Projects and took the responsibility of several research contracts between the University of L’Aquila and industrial partners. He is currently associate professor of Electrical Machines Design for the Master-level degree courses of Electrical Engineering at the University of L’Aquila. His research interests are focused on modeling and design of electrical machines, high efficiency induction motors, optimization techniques for the electrical machines design, Finite Element analysis of electric motors, design of PM synchronous motors and Reluctance motors for industrial, automotive and aerospace applications. He is author of more than 160 technical papers in scientific journals and conference proceedings.

用于航空应用的容错电动驱动器雷竞技app下载官方版

襟翼应用(FA)和尾转子驱动器(ETRD)容错电机
3.用于襟翼应用(FA)和尾转子驱动器(ETRD)的容错电机

容错模块化电动驱动器代表了一种已经可行的解决方雷竞技app下载官方版案,以确保航空应用的可靠性要求。原型研究和已经在飞机上运行的系统证实了这一点。为了更好地理解这一应用范围的特点和特异性,我们已经与拉奎拉大学工业与信息工程与经济学系的普通教授Marco Tursini教授进行了讨论。

容错电驱动在航空应用中引起了广雷竞技app下载官方版泛的兴趣,因为它可以满足严格的可靠性要求。模块化设计允许获得电机与雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版高功率密度和高效率以及本质上容错,而不转向执行器的完全冗余。
扩展到电力电子设备和控制的方法,不仅可以在使用运动运动中使用电驱动器,而且可以在飞行器的“安全关键”功能中进行假设,例如主要飞行控制。雷竞技app下载官方版
为了更好地理解多相容错驱动在这个操作范围内的特性,先进的技术和新的机遇,我们与拉奎拉大学工业和信息工程与经济学系的普通教授Marco Tursini教授进行了讨论。他以他的研究小组开发的一些项目为例进行了报告。

模块化的附加价值

近年来,我们目睹了飞机中越来越多的电动驱动器,英文缩写表明的趋势雷竞技app下载官方版意味着(更多的电机雷竞技app下载官方版)。基本思想正在取代具有更紧凑和更轻的电动系统的传统液压和气动驱动系统,以减少消费和燃料成本,以允许更长的飞行路线和减少排放。雷竞技app下载官方版
工业中常雷竞技app下载官方版用的电动驱动器不能满足航空所需的可靠性必需品,特别是在这些功能中取决于飞行和乘客的安全本身。
这些限制与电动机和控制电子设备的结构相连,已经LED研究人员探索了新的系统架构,能够保证所需的可靠性,而无需转向完全冗余,即保持紧凑性和亮度功能。«一个可能的解决方案 - L'Aquila University的工业和信息工程和经济学系Marco Turisini教授 - 在设计活动中直接在电动机的“阶段”方面,包括冗余。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版
这种概念导致多相模块化驱动器的开发,能够满足机电致动器的容错容限的基本原理,换句话说,阶段之间的电动,磁性和保温。雷竞技app下载官方版
我们在这里说明了在研究团队的这种原则上开发的一些解决方案我的阿奎拉大学,由Tursini教授协调,在有关襟翼的资助项目的范围内,推车升降系统和直升机的尾部转子的推动。

特定应用的例子

“襟翼执行器”(FA)旨在将位于飞机翅膀的后缘上的襟翼移动。在着陆和采取期间,襟翼通常仅在几秒钟内使用,并且是飞机的“安全关键”系统,因为它们的失败会影响飞行使命。

1.襟翼(FA)和推车升降系统(CLS)的机电执行器
1.襟翼(FA)和推车升降系统(CLS)的机电执行器

CLS,购物车升降系统它是用于在大型飞机的乘客和乘客舱之间运输食品和饮料的服务升力。其失败会影响乘客的舒适度和宁静,并且需要与襟翼相同的可靠性规范。FA和CLS系统两者都基于再循环滚珠丝杠装置,其将旋转运动转换为线性,其机械图示在图1中示出。
ETRD(电动尾桨驱雷竞技app下载官方版动)项目是在欧洲“清洁天空”研究项目范围内开发的,其重点是采用“Fenestron®”型尾桨驱动的直升机,完全集成到尾梁的终端部分,如空客直升机的H 160。
«case-Prof。Tursini突显出,项目目标是替代当前的机械结构、运动是由主旋翼和传播的尾巴,用一个电动马达直接耦合到尾桨的叶片,与优势,除了系统简化,雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版确保涡轴发动机和尾桨的速度完全脱钩,从而显著扩大飞机的操纵能力?
容错规范施加由于故障而损失一相不会影响输送执行器的标称功率的能力,而通过进一步的第二次损耗,可以根据应用提供降低的功率,降低扭矩或速度,我们可以从表1中推断出来。

表1  - 容错规范
表1 - 容错规范

容错电机

容错驱动的模块化方法在“无刷直流”型(PM-BLDC)的开关磁阻或永磁电机中找到了自然的实现。
后者的结构,由于更高的可实现的功率密度,首选,如图3所示。

襟翼应用(FA)和尾转子驱动器(ETRD)容错电机
3.用于襟翼应用(FA)和尾转子驱动器(ETRD)的容错电机

«电气独立雷竞技app下载官方版 - 专业人员Tursini亮点 - 首先是通过分别为各阶段供电而实现。通过布置在突出杆上的线圈和交替伤口和展开磁极制成相位绕组。该实现通过不同相的线圈之间的物理分离和各个布线之间的最小重叠来实现失败减少。在替代极上的布置具有相位之间的低互易电感,保证了大量的磁独立性和最小的热相互作用。这些工程解决方案允许避免在一相中的失败影响其他阶段»。
对于襟翼应用,它们采用了具有五相PMBLDC电动机,内转子,转子18个磁体的溶液和20个定子槽。
«每个阶段-Professor Tursini解释 - 由一对缠绕在相对的定子齿上的一对线圈组成,彼此彼此布置180个机械程度并串联连接。
电磁结构的尺寸为限制Netshort电路电流与相端子,转子以最高速度的运动。具有由转子磁铁引起的电压供电的短路,并产生过热和制动扭矩。在CLS和ETRD电机的情况下,我们采用了类似的解决方案,六个独立阶段»。

容错驱动器

模块化原理表明每个相由专用的完全独立的子系统供电和控制。每个子系统包括可以直接参考单相:电源总线,功率级(逆变器),电流和电压传感器和控制装置(微控制器)的功能,并且它可以自主地从其他阶段操作。

BLDC控制5相电动机
5. BLDC控制5相电动机

«在阶段共享的功能 - 实践手冢筒进一步指出,就像机械位置传感器和初级电源总线必须适当地冗余以达到系统可靠性要求»。用比例整体调节器(PI)控制电流。
一个方向逻辑,驻留到位置传感器,产生电流控制。在PM-BLDC电动机中,电流与由磁铁(后EMF)引起的梯形电压相位控制,以产生恒定的扭矩,如图5所示。
每个阶段在整个扭矩中股份,对其自己的电流进行比例贡献。«外圈 - 预胶质组织土豆尼添加 - 调整由机械传感器绘制的电机速度,仍然具有PI稳压器。
冗余通信总线允许相位微控制器共享速度控制,位置测量和其他有用信息来均衡阶段之间的控制»。
根据图6,每个模块的功率级由单相逆变器组成。

容错多相逆变器
6.容错多相逆变器

当电机某一相发生故障时,切断相应单相逆变器的电源开关,断开电机相。
«逆变器分支的短路 - 预备or tursini添加 - 主要由电源开关驱动器检测到的硬件中管理,并向微控制器报告,以便在截止中控制有关分支。
持续存在在逆变器上的短路和平整冷凝器上的短路受到阶段输入处的熔断器截止的保护,这同样地切断了电源直流总线的短路。

容错

容错驱动器的架构允许自动控制适应,以便在导致的一个或多个阶段的丢失或切割时自动,因为我们可以在图7中评估。

控制动力学和2相切断(5相皮瓣电机(FA) @300 rpm, 12.7 Nm)
7.控制动力学和2个阶段的截止(襟翼的5相电机(FA)@ 300rpm,12.7nm)

“在这种情况下,事实上- Tursini教授强调-我们有一个瞬态的减少产生的扭矩和随后的速度下降。根据速度调节器的调查,后者提高了声音相位的电流控制,从而将平均产生扭矩恢复到故障前水平,将速度恢复到受控水平。
由于故障造成的相位丢失,平均值周围的转矩脉动增加,与电机中相位丢失的数量和它们的角度排列的邻接性有关,但这方面在“安全关键”系统中是次要的。Tursini教授确认,容错驱动必须在规格中确定可以丢失的相位数量,并考虑声音补偿相位的过载。假设转矩/电流为线性关系,容错电机的过载因数为:
在哪里是电机的阶段和X的数量是由于故障或纠正故障动作而导致的非活动阶段(切断)。对于5相电动机,对于一个或两个缺失阶段,它分别是有效的F1 = 1.25和F2 = 1.66。«实际上 - 助手土豆尼添加 - 航空执行器的尺寸充其量以利用磁电路。因此,在故障的情况下,主动阶段在高饱和条件下操作,并且电流过载更高。有限元电磁分析允许自设计阶段以来获得更准确的适当指示»。
表2作为示例,作为示例,FA执行器的有限元分析的结果,包括具有声音阶段和故障的操作中的扭矩/电流比(TCR)。

表2 - FA在公称扭矩(12.5 Nm)下的电机性能
表2 - FA在公称扭矩(12.5 Nm)下的电机性能

保证可靠性条件

据报道,验证模块化容错驱动器已经代表了一种立即可行的解决方案,以保证航空应用的可靠性必需品。在飞机中已经使用的原型研究和系统确认了它。«与液压和气动系统相比 - 专业店的Tursini结束 - 电动驱动器在安装和维护方面提供更多用户友好性,减少整体尺寸和重量,假设允许降低燃雷竞技app下载官方版料消耗和随之而来的排放。这是一个越来越多的核心方面,在全球化的社会照顾环境问题。自2008年以来,欧洲委员会与欧洲主要航空航天等行业合作,已促进并为“清洁天空”财团提供资金,为“生态有利”的空运进展而提供了技术倡议»。


专注于研究
Marco Tursini 1960年出生于拉奎拉省,1987年毕业于拉奎拉大学电气技术工程专业。雷竞技官网雷竞技app下载官方版同年,他开始了与拉奎拉大学的科学合作,目前他是拉奎拉大学电力转换器、电机和驱动器的普通教授和电气工程硕士教学领域理事会主席。雷竞技app下载官方版在他的职业生涯中,他曾在瑞士洛桑联邦理工学院和长崎大学进行研究活动。雷竞技官网

Marco Turisini教授,L'Aquila University of工业和信息工程与经济部普通教授
Marco Turisini教授,L'Aquila University of工业和信息工程与经济部普通教授

自九十年代以来,他一直是众多研究项目的经理,在工业范围内(德州仪器,Indesit,Gefran,Denso,Umbra Cuscinetti)和国家资助项目(Miur,Prin,Pon,Industria 2015)和欧洲(清洁天空)。他的兴趣涉及电机和驱动器的部门,专注于建模,仿真和控制,“无传感器”驱动雷竞技app下载官方版,故障分析和诊断,“实时”仿真和快速原型技术。在这个ambit中,他是超过140个科学出版物的作者。自2011年以来,IEEE成员和审核人员,自2011年以来,他是国际审查委员会的“电力组件和系统”的成员。雷竞技app下载官方版2014年,他在工业电子,电动机和驱动器,自动化和测量系统的部门促进了“R1雷竞技官网3 Technology”Spinoff的诞生。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版


从纳米材料到新一代电动机雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版

传统异步电机(学分:Chiricozzi教授)
传统异步电机(学分:chiricozzi教授)

常规材料和技术通过现在达到其性能限制。然后清楚地清楚地转向“革命性”协同作用,该协同作用是在追踪一个能够改变电机行业的整个系统的新的开发前沿。雷竞技app下载官方版

雷竞技app下载官方版电机仍然可以吹嘘显着的改善潜力,并且尽管如此,它们被认为是一种相当成熟的技术。雷竞技官网通过使用由特殊钢制成的磁芯或具有低磁损失的磁芯,以及为机器提供低损耗激励的高功率密度永磁体来实现恒定的改进。然而,没有确定革命性的发展。对于电机性能改善的逐步改变,可以仅与新的上升材料相结合,例如纳米材料,同时也可以与先进技术相结合。雷竞技app下载官方版新材料和最前沿过程技术之间可以建立一个获胜的协同作用,无疑将能够创新电机行业。雷竞技app下载官方版

通过纳米级材料更具效率和可持续性

可能大大影响电机效率和性能的激进进展需要引入更换传统上使用的产品所需的新材料。雷竞技app下载官方版
多功能电磁材料,如碳纳米管(更广为人知的是CNT)和磁芯超顺磁纳米粒子,是可以分别替代传统电机中的铜和铁的新材料,并设计一种轻型高性能电机,可以成为未来能源转换设备的最先进的例子。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版
事实上,需要提高电机系统的整体效率,从未如此高。由于能源成本增加以及全球有限公司的严重问题2排放,达到电机系统的最高效率已成为当务之急。制造业使用的电动系统在国家能源结构中发挥着重要作用。未来系统的多样性和差异化将以更高的功率密度为导向,具有越来越高效和紧凑的发动机。
然而,传统的材料和技术现在通过现在达到极限。因此,很明显需要“革命性”技术,即通过转向新材料即可启用的“革命性”技术:“纳米材料”可能会改变电机行业的整个雷竞技官网系统。雷竞技app下载官方版
从1910年至今,用于制造马达的材料没有太大变化。铜和铁仍然被使用,稀土磁体被开发来获得巢的性能。今天,我们有可能使用纳米级材料来开发可持续的、更高效的下一代电机。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版未来的前沿电机需要将纳米材料发展的基础研究雷竞技app下载官方版与电机自身电磁设计的再工程结合起来,以克服现有材料的局限性。
CNT碳纳米管CNT代表了一种非凡的新材料,其特征是非凡的电气,热和机械性能。雷竞技app下载官方版
碳纳米管的密度为1.5克/厘米3.抵抗8.96铜;电阻率达到1 x 10-8Ωcm,而1.7 x 10-6的铜;≈105 /厘米2代替电流密度,防止铜103。导热性和断裂强度看起来非常不同:3,000 W / MK和1,000毫升/毫米2对于碳纳米管,分别为400W / mk和N / mm2如表(1)所合成。

充分利用这些内在特性是基于系统地合成、表征和将标准化材料集成到实际器件中的能力。因此,几乎整个电机最终都可以用纳米材料制造。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版
目前处于研发阶段的主要纳米材料如下:
1.强,光,电和导热的CNT线。雷竞技app下载官方版
2.超顺磁性纳米颗粒。
3.硬磁性纳米颗粒。
4.用碳纳米管加固的复合材料。

碳纳米管可以取代铜线

最好的碳纳米管的导电性已经被证明远远超过了最好的金属。因此,与目前的铜绕组相比,用这种材料实现的绕组可能具有双导电性(100ms /m)。
如果我们保持电气机设计雷竞技app下载官方版参数不变,我们只用未来的碳纳米管纱更换铜,我们可以通过焦耳效应降低绕组的损失,从而为机器目前损失的一半。碳纳米管纱线也比铜和更生态更轻。
因此,用纳米管纱线替代铜应显着降低CO2与生产和电机运行有关的排放。雷竞技app下载官方版此外,机器的尺寸和质量可以减少,并且电动机也可以在比当前的温度高的温度明显更高。

为了便于处理碳纳米管,碳纳米管被编织成如图所示的多纤维纱线:20层直径类似人类头发的纱线

实际上,CNT电线的另一个亮点涉及在温度升高时降低的电阻率(在环境温度下,电阻率温度系数为负,-0.2 x 10-3/ k),这是一个优点与铜。降低纳米管纱的电阻将是增加雷竞技app下载官方版功率的未来目标,提高碳电机的效率。
CNT纤维的另一个优点在于它们由非常薄的子导体构成,这些亚导体应大大限制在电机的频率下皮肤效应的可能性。雷竞技app下载官方版此外,假设未来的商用CNT电线将从可以从可以容易转移的多纤维制造,既不可能出现循环电流。在传统的高电流绕组中,皮肤效果和循环电流都可以是非常有害的,并且在AC中导致更高的电阻。
因此,应该可以实现具有碳绕组的电机,该碳绕组能够在较高的操作温度下工作,而不是今天通常适用于雷竞技app下载官方版其设计。这是由于焦耳效果在温度上升不会增加损失。
虽然没有预见到碳纳米管导体将很快取代铜,这是合理的期望在短期内问材料允许创建和开发新应用和新设备,无论问电线可以利用相同,与铜相比,轻,灵活性,抗弯强度,耐腐蚀,耐腐蚀性高,弹性模量高,为103.kN /毫米2

超顺磁性纳米颗粒,硬磁性和CNT增强复合材料

如前所述,在发育阶段的主要纳米材料中,也脱颖而出,也是超顺磁性纳米颗粒和硬磁性纳米颗粒。在聚合物基质中使用的第一,生产具有低滞后和高饱和度的颗粒组件,然后可以制造一种轻质磁芯,其将相同的磁通量作为铁磁性磁通,或者更高的磁芯。最大限度地减少寄生电流的损失。
代替硬磁性纳米粒子是基于不关键的,易于接近的,稳定的且易再循环的3D金属,如铁(Fe),钴(Co)和镍(Ni),具有高饱和度和磁各向异性的磁化。
这种纳米粒子可以作为制造烧结和合金永磁体的本构元素,以替代目前在含有关键稀土元素的电机中使用的永磁体,而且成本较高。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版这种新一代永磁体可以在解决行业对稀土金属的依赖方面有所贡献,同时提高磁性性能。这可能对开发基于稀土元素的电动汽车具有重要意义。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版由于纳米复合材料具有更好的磁力/重量比,像电动机这样的新设备可以配备更轻的磁铁,从而减少它们的尺寸和重量。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版这样,就有可能提高设备性能,同时降低实施成本,使批量生产更加简单。

规划纳米级材料和电动机的开发。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版CNT线材原型,磁性材料和CNT复合材料已在UC Nanoworld实验室中生产

最后,但尤其是开发阶段的纳米材料系列包括用碳纳米管增强的复合材料。这些材料将在贸易上越来越多地提供CNT的产生,因为它们的内在性能,除了较高的导热性之外,还将提供比碳纳米管纤维更高的电阻。
特权,后者,这将允许实施电动机的结构,壳体和轴的结构,越来越轻,导热。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版
希望在所有四个纳米粒子结构中持续确认进展,很快将有利于开发“新一代电动机”的条件,这将与纳米级和纳米结构材料完全制造。雷竞技app下载官方版

新领域、新趋势及未来发展

我n today’s global more and more competitive market, the demands for higher power density, compact motors, lower costs and more reliability are driving the need of introducing an innovative approach to the use of new materials and advanced technologies, to allow the development of a new generation of electric machines and systems. The recent technological progresses in nanomaterials have opened new horizons and marked out the new frontiers for macroscopic applications.
碳纳米管线CNT,用超顺磁性纳米粒子制造的磁芯和用硬磁性纳米粒子制造的永磁体是可用于在常规电动机中取代铜,铁和稀土永磁体的新材料;这将允许设计高性能光电动机,该电动机可以是新一代能量转换设备的示例。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版碳电机的其他优点毫无疑问地关注快速加速度,高扭矩和在高温下运行的能力和更高的速度。然后,必须根据超出现有材料限制的不同材料的整合和利用新材料的性能的协同作用,如最先进的电机。
该协作必须达到大学,设计师和生产者将共同努力的整合水平,以改善对应用新材料和先进技术应用的优势和挑战的理解,以便开发新一代电动机雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版在工业中发挥基本作用,并设想社会的新未来。我希望这一挑战将被潜在利益相关者越来越持续和支持,使意大利可以在市场上释放第一个用纳米材料和各自的先进技术制作的电机。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版

由L'Aquila大学电机大学Emeritus教授Enzo Chiricozzi雷竞技app下载官方版

关于作者
Enzo Chiricozzi,L'Aquila大学电子机器伟物教授雷竞技app下载官方版
Enzo Chiricozzi,L'Aquila大学电子机器伟物教授雷竞技app下载官方版

Enzo Chiricozzi毕业于罗马“La Sapienza”大学的电气工程专业。他是拉奎拉大学工程学院电机学的全职教雷竞技app下载官方版授,并被任命担任各种职务,如:电气工程毕业课程主席,电气工程系主任,工程学院院长,大学就业和与劳工世界关系雷竞技app下载官方版副校长。2012年,他被授予拉奎拉大学名誉教授的称号,由MIUR、教育部、大学和研究部颁发。他的研究活动,发展在电机和电力驱动的科学领域,深入研究各种主题(大型发电机组的扭转振动;雷竞技app下载官方版异构异步电动机组的动力学分析电机饱和问题;雷竞技app下载官方版高效异步电动机;风力发电机运行的同步、异步型发电机动态运行分析雷竞技app下载官方版由微处理器控制的直流和交流驱动器),已在全国和国际范围内得到科学界的认可。

“婴儿电动机雷竞技app下载官方版雷电竞ray官方下载”,婴儿推车系统婴儿车

九个父母在十分之内注重婴儿推车的舒适和安全,并且关于这一点,博世已经想到了一个标志着它在一个新市场的进入的新系统。
在风洞中,根据Beaufort等级的7度强度,空气以60 km / h的速度击中婴儿车,强烈震动冠层,但婴儿车不会感谢新的电子推送系统博世它不仅仅是一个电动牵引,它是一个完整的舒适和安全雷竞技app下载官方版功能的婴儿车助手。除了推力支持和自动刹车功能,该系统实际上还提供了报警功能,配备了一系列高科技传感器,并可以通过应用程序连接到智能手机。
牵引系统包括后轴上的两个静音电动机,蓝牙模块和智能传感器系统。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版这些传感器也用于智能手机,也可以测量婴儿车的速度和加速度,检测到所行驶的表面类型。

工程学生的测试长椅抵消工业电子设备

测试长椅
测试长椅

南丹麦大学让年轻工程学生有机会成为在创意学习环境中开发未来绿色技术的一部分,具有现代教学设施和专用教师。雷竞技官网
工程学生是教授电子产品并挑战由电动机和驱动器驱动的现实生活工业设备雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版由此制造Nidec
作为教学项目的一部分,研究所和学生可以获得几个先进的电子测试台,这使得他们对不同组合的处理,测试和研究提供了良好的见解工业电子设备并教导它们在现实条件下测试扭矩,速度,负载等。
测试台使用Nidec Leroy-Somer电机单元(伺服电机,LSMV和IMFinity Incucation范围)和控制技术Unidrive M600 / M700驱动器,并结合不同的调速驱动器和高科技电动机的不同设置,具有灵活性雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版测试各种电子设备。
每学期,电子工程学位课程都包括有关当前课题的专题研究,例如如何设计电动卡丁车马达的电子控制器。雷竞技app下载官方版
与项目有关,学生可以使用电动机的正版Go-Kart以及可编程驱动器和电动机的相应测试台。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版

电动汽车的能量储存。雷竞技app下载官方版干电极涂布工艺雷竞技官网

储能

研究人员在Fraunhofer材料和梁技术研究所雷竞技官网位于德累斯顿的IWS开发了一种新的生产工艺,旨在未来高效、环保的电池生产。他们在储能电池的电极上涂上一层干膜而不是液体化学物质。这一简化过程节省了能源,并消除了有毒溶剂。一家芬兰公司目前正在成功地在实践中测试新的IWS技术。雷竞技官网

更好,更具成本高效的生产方法能量储存的需求越来越大,尤其是在德国:所有主要汽车制造商都推出了雄心勃勃的电动汽车计划,将确保对电池的需求大幅上升。雷竞技app下载官方版迄今为止,德国企业一直在亚洲购买这种电池。
驾驶这一趋势有两种主要原因:亚洲技术团体在大规模生产电池细胞中拥有多年的经验,并且在这些过程中消耗了大量能雷竞技官网量。因此,德国等电价高价的地点生产是非常高的。雷竞技app下载官方版

没有更多的毒性溶剂 - 较低的电力成本雷竞技app下载官方版
撒克逊弗劳恩霍夫工程师想要改变这一事实:“我们的干转移涂层工艺旨在明显降低电极涂层的过程成本,”IWS项目经理强调Benjamin Schumm博士.“制造商可以消除毒性和昂贵的溶剂,并在干燥过程中节省能源成本。此外,我们的技术还促进了使用难以造雷竞技官网成的电极材料或甚至不可能进行湿化化学处理。“
但是,未来的电池需要较高能量密度的电池需要。“对于所有这些原因,我们认为我们的技术可以帮助实现德国和欧洲的国际竞争力的电池生产。雷竞技官网”

试点植物成功始于芬兰
弗劳恩霍夫的北欧合作伙伴——芬兰电池公司也看到了这一潜力。Broadbit电池与IWS合作,在其埃斯波工厂委托了一个试点工厂,该工厂用干电极材料而不是湿电极材料涂敷电极,这是迄今为止工业上常见的做法。BroadBit利用它来生产新型钠离子电池。本杰明·舒姆报道说:“即使在德国,对我们雷竞技官网技术的需求也很高。”在实验室规模上,IWS已经可以以每分钟几米的惊人生产速度给电极箔涂上涂层。在这方面,德累斯顿的工程师可以展示将该技术转移到生产规模的潜力。雷竞技官网
经典湿化学的极限直到现在,细胞生产商在复杂的湿化学过程中大部分涂覆了它们的电池电极。首先,它们混合活性材料,以后释放储存能量,添加添加剂以产生糊状物。在该方法中,它们添加有机溶剂,其昂贵并且通常有毒。为了保护运营商和环境,需要制定职业安全和再处理的预防措施。一旦糊状物被施加到薄金属箔上,进一步昂贵的工艺步骤开始:几十米长的加热部分在可以进一步加工之前干燥涂覆的薄膜。这种干燥过程通常会导致高电力成本“。雷竞技app下载官方版

结合分子形成蜘蛛网
另一方面,用于干电极涂层的新膜转移技术,没有雷竞技官网这些对生态造成破坏和昂贵的工艺步骤:IWS工程师将它们混合使用具有结合聚合物的活性材料.它们在称为已知的轧机中加工该干混合物“日历”

这是涂上新型干转移涂层技术的电极的样子。雷竞技官网夫琅和费IWS工艺使电池电极在不使用有毒溶剂的试点规模生产(夫琅和费)

该系统中的剪切力将整个分子链撕掉粘合剂聚合物。这些“原纤维”加入电极颗粒,如蜘蛛网中。这提供了具有稳定性的电极材料。结果是柔性干电极材料层。在下一步骤中,压延机将100微米厚的薄膜直接层叠在铝箔上,从而产生电池电极。

在前往固态防火电池的路上
“通过这种方式,我们还能够处理用于古典流程失败的新电池代的材料,”本杰明斯克努蒙说。这些包括例如使用硫作为活性材料或固态电池的能量存储系统,其采用离子导电固体而不是易燃液体电解质。“这些电池将能够以比今天的锂离子电池相同的体积储存更多的能量,”IWS科学家表示未来。
“然而,这些固体电解质可以失去与溶剂接触的功能性质。无溶剂涂层工艺明显更好地有资格生产这些储存介质。“在所有固态电池的处理电极的方式上,研究人员通过使用极低的粘合剂含量施加干膜技术来达到一个重要的里程碑。雷竞技官网

过程可以取代经典的粘贴过程
德累斯顿工程师现在旨在与工业合作伙伴合作加强其技术,以实现其突破。雷竞技官网例如,在BMBF资助的“DryProtex”项目中,它们进一步与公司一起开发干转移涂层过程Saueressig,INDEVnetzsch trockenmahltechnik.Broad-Bit电池。合作伙伴预计电池生产将发生根本性变化:“从长远来看,这项技术具有巨大的潜力,可以取代传统的糊电极生产工艺,”本杰明·舒姆总结道。雷竞技官网在DryProTex项目中,材料、工艺和设备的开发是为了实现工业规模干阴极生产的工艺设计。

了解更多有关这项研究的访问Fraunhofer网站>>>

浓缩绕组的非传统设计

图。1B

由于适当的数值优化技术,可以大大减少由于涡流引起的永磁体源的损耗,可以通过机器开发的扭矩缩小。以相同的方式,可以使用集中绕组设计机器,其中槽的数量和杆的组合传统上被认为是不相容的或不可行的对称形式。这是由Alberto Tessarolo教授,里雅斯特大学的研究证实,并通过这种方法如何具有巨大的应用兴趣的例子。

由Gianandrea Mazzola进来与Alberto Tessarolo教授合作,
里雅斯特大学

阿尔贝托·塔塞罗罗教授,里雅斯特大学

n现代电机的施工技术,使用所谓的“浓缩雷竞技官网”或“缠绕齿”定子绕组变得越来越雷竞技app下载官方版频繁,更换,在可能的情况下,更传统的“分布式”绕组。图1中所示的示例可以理解两种类型的绕组之间的差异。将观察到分布绕组由“充分”的线圈组成,该线圈包含相对大的部分并连接布置在“远处”槽中的引线(图1A)。相反,浓缩绕组由“齿圈”组成,即每个缠绕在定子磁芯中的齿缠绕(图1b和图1c)。

浓缩绕组的缺点是它们,即使在供应有理想的电流时,也能在机器气隙中产生谐波场,其能够引起由于永磁体中的涡流引起的损耗和随之而来的过热。
此外,并不总是可以选择集中绕组。事实上,这是可能的,在目前的技术水平下,只有电机和永磁发电机的槽数(用Z表示)与极数P相似(稍高或稍低)。

通常,只有在槽Z的数量和极点P的数量满足精确的代数关系时,通常才认为浓缩绕组。更确切地说,为了绕组的可行性,数量k,如以下关系所示:

必须是一个整数,用MCD (Z, P/2)表示Z和P/2之间的最大公约数。上述关系将槽Z和极点P的数量选择限制在有限数量的组合(我们可以定义为“传统组合”)。为了提高可靠性,通常需要增加三相以上的绕组(m>3),因此,所讨论的限制在这种情况下变得特别具有限制性。在多相绕组的情况下,允许的多槽组合的范围大大减少,从而大大限制了设计者的选择,并在某些情况下排除了采用伤口齿技术。雷竞技官网

磁铁中的损耗大大减少,扭矩缩小

为了解决这些关键问题,Tessarolo教授最近开发并提出了一种采用多层结构的集中绕组优化设计方法。
“解释陈列诺罗教授 - 围绕相同齿可以有几个不同的不同相线圈的配置,如图2所示,根据它们所属的阶段,通过不同的颜色识别不同的颜色。
该方法基于一种特殊的二次优化算法,但在广泛的计算环境(如Matlab)中很容易实现,允许减少集中绕线机的一些缺点。
“特别是——观察Tessarolo教授——这种方法可以降低过热的风险由于谐波场磁铁的气隙问题的有限数量的组合project-acceptable poly-slots,尤其是大于3的阶段。
关于磁铁中的欧姆损耗的降低,针对伤口齿绕组优化的多层构造使得可以将磁铁中的损耗降低至50%,以相对有限地减少所开发的功率的价格。机器。设计优化的潜力在图3中示例,用于9个槽8个极和12个槽-10杆的组合。磁体的扭矩和损耗相对于它们假设为传统配置(每个齿的单个线圈)的值归一化,由点A和C表示。每个点代表优化的多层设计配置。

Tessarolo教授说:“例如,在9/8机器的B配置中,损失减少了约50%,而名义扭矩减少了6%。“在12/10机器的D配置中,磁体损耗可以减少约70%,而公称扭矩仅下降4%。”

优化还扩展了可接受的多槽组合的领域

提出的优化方法还允许扩大可能的多槽组合的范围。
“换句话说 - 强调Tessarolo教授 - 该方法提供了一种对称的多层配置,用于集中绕组,即使Z和P不允许在上面的整个k的情况下,即使在上述情况下提供了一般数量的Z槽和P杆。- 中等方程式“。
例如,图4显示了8槽、6杆(非常规)机床与传统9槽、6杆机床的截面图;同样,将11槽、10杆(非常规)机床的横截面与传统的12槽、10杆机床进行比较。

图2多层集中绕组的示例。根据它们所属的阶段,缠绕在牙齿周围的线圈是不同颜色的
图3 (a) 9槽8极电机的磁损耗和可展开转矩;(b) 12槽10极,优化多层结构设计

Tessarolo教授说,从传统和非传统结构的比较来看,后者在面对更大的结构复杂性时,在某些情况下表现出更好的性能。例如,图4中9槽6极电机的转矩脉动较大,约为8槽6极电机的两倍。或者,引用另一个例子,11槽和10极电机的永磁体损耗大约是12槽和10极电机的一半”。

图。与传统的9槽和6极机相比,8槽和6极(非传统)机器的横截面;类似地,将11插槽和10极(非传统)机器的横截面与传统的12槽和10极机器进行比较

为了给出更完整的理念,图5中的表格在绕组因子和永磁体中产生的特定损耗方面显示了常规(白细胞)和非常规(灰色细胞)配置之间的比较。可以观察到,一些非常规配置具有有趣和竞争的价值。

图5不同槽极组合的电机永磁体绕组系数和比损耗。灰色背景单元格表示非常规的配置

运营优势也适用于多相机

在设计由几个三相绕组组成的多相机或机器时,使用非传统配置的可能性特别有用。这种情况通常发生在需要服务连续性的应用中,即使在发生故障时也是如此。
“例如——评论Tessarolo教授——如果你想构建一个12-phase机,或采用双三相绕组,有八个波兰人,文学的传统规则将迫使你选择,获得整个K从上述报告,最小的24个名额。很明显,对于小型机器,Z等于24的使用可能导致不可接受的槽尺寸。在这种情况下,使用优化和非常规的多层结构可以帮助创建三相8极,9槽双三极管,如图2 "所示。
还测试了该机器的原型,记录了真空诱导的电动势,然后验证了9相绕组的完美电对称,如图6所示。雷竞技app下载官方版

图6具有9槽8极非常规集中绕组的12相电机仿真机(连续行程)和测量机(点状轨迹)中的真空电动势
图7 12相电动机的横截面,由4个非传统的浓缩绕组组成,具有7个槽和6个杆

应用的另一个示例是图7中所示的12相电动机,其由四个三相绕组偏移90度,每个三相绕组由7个槽和6个极点组成。在图7中所示的情况下选择一个非常规绕组的选择,所示的是需要(对于允许的最大频率和标称速度)的总数为24个极数,在4个独立单元之间划分,其中机器必须包含容错原因。这导致每个单元以最大6个极数。

“选择2和4杆的选择 - 强调教授Tessaroli - 这是不可能的,因为它导致过度定子和转子轭厚度,例如超过径向尺寸上施加的设计尺寸约束。在这种情况下,该项目涉及具有集成螺旋桨的电动舷外电机的开发,其中空间限制是主要的。雷竞技app下载官方版因此,每个单元的极点的数量在6处固定,选择槽的数量,例如给出可接受的绕组因子在z = 9,z = 8和z = 5之间,如图5“所示。

第一个(常规)被拒绝,因为扭矩脉动太高。因此,唯一的选择是非传统的,即8个插槽和6个杆或7个插槽和6个杆。第二种是由于其较低的磁体损耗和几乎零扭矩脉动而选择。
A prototype of the 7×4 slot and 6×4 pole three-phase quadruple winding machine was made (figure 8 a-b) and this was tested by connecting in parallel 2 of the 4 stator units and loading them respectively on a resistor star and on a diode rectifier bridge (figure 8 c-d). The results of the tests are shown in figure 9, where the waveforms recorded on the test bench are compared with those obtained by simulation of the machine with the finite element method in the time domain.

图8原型制作(a)及其在测试台上的安装。用两个绕组单元进行测试配置,并在二极管整流器上并在星形电阻器上并联(a)(b)
图9,从测量和模拟到有限元的电压和电流波形,从加载于(a)电阻器星和(b)整流桥的发电机的机器

结果证实了机器的完美对称性和设计预测与实验行为之间的极好一致性。通过加载其他两个机组,也获得了类似的波形,这些波形没有显示任何由于非常规绕组的选择而导致的意外现象。
Tessarolo教授得出结论:“可以说,实现集中电绕组,超越传统形状和假定的古典限制,具有广泛的优化和扩展边缘。雷竞技app下载官方版如果它们是在多层的基础上实施的“。

它已经在这些页面中显示了如何具有适当的数字优化技术和Tessarolo教授提出的操作方法,可以大大减少(甚至超过50%)由于涡流引起的永久磁铁中的损失,机器能够发展的扭矩缩小。还表明,通过类似的优化技术,可以设计具有集中绕组的机器,所述槽的组合和传统上被认为是对称形式不相容的或不可行的。最后,已经说明了一些应用示例,尤其是如何感兴趣,特别是(但不仅)在具有超过三个阶段的集中绕线机的设计中。因此,它是一种操作方法和方法,实际上提供了用于更大的设计和执行自由的有用元素。