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

这些突破性的进步可能会极大地影响电机的效率和性能,因此需要引进新材料来取代传统使用的材料。雷竞技app下载官方版
多功能电磁材料,如碳纳米管,更好地称为CNT,磁芯超顺磁性纳米颗粒是可用于分别在传统电动机中取代铜和铁的新材料,并设计轻质高性能电动机雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版可以是未来能量转换设备的最先进的例子。
事实上,提高电机系统整体效率的需求从未如此之高。由于能源成本的增加和对全球二氧化碳的严重关注2达到电机系统最高效率的排放已成为基本优先级。制造业使用的机动系统在国家能源型材中发挥着重要作用。随着越来越高的电动机,未来系统的品种和差异将朝向更高的功率密度定向。
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
自1910年以来,用于使电动机的材料并没有改变很多。仍然使用铜和铁,并利用稀土磁铁来获得巢表演。如今,据说可以使用纳米级材料来开发可持续和更高效的下一代电动机的可能性。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版未来的最前沿电动机将需要一体化关于纳米级材雷竞技app下载官方版料的基础研究,并通过重新设计电机本身的电磁设计的重新设计,以克服现有材料的限制。
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,反对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。

利用有利地,这些内在特性基于系统地合成,表征和将标准化材料整合到真实装置中的能力。因此,几乎整个电动机最终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
开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。

为了便于切割CNT,碳纳米管编织以形成像照片中的多点纱线:20层直径类似人发的直径

事实上,CNT导线的另一个亮点是当温度上升时电阻率下降(在环境温度下,电阻率温度系数为负,-0.2 × 10-3与铜相比,这是一种优势。降低纳米管纱线的电阻将是未雷竞技app下载官方版来提高碳电机功率和效率的目标。
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 / MM2

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。
这种纳米颗粒可用作制造烧结和合金永磁体的组成元件,因为更换目前用于高成本的临界稀土元素的电动机中的永磁体。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共同地解决诸如提高磁性性能的同时对稀土金属的依赖性。这对基于稀土元素的电动汽车的开发来说这可能是重要的。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/称重比率,因此新器件如电动机,可以配备较轻的磁铁,因此也可以降低其尺寸和重量。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版以这种方式,可以在降低实现成本的同时增强设备性能,使得批量生产更加简单。

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

新的前沿,趋势和未来发展

In 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、碳纳米管、超顺磁性纳米粒子制成的磁芯和硬磁性纳米粒子制成的永磁体是分别可以替代传统电机中的铜、铁和稀土永磁体的新材料;这将允许设计一个高性能的轻型电机,可以作为新一代能量转换设备的一个例子。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版碳质电机的其他优点无疑还包括加速快、高扭矩以及在高温和更高速度下工作的能力。最先进的电机必须根据超越现有材料的限制和开发新材料的特性的不同材料的集成的协同作用来设计。
这种合作必须达到整合的水平,大学、设计师和生产商将共同努力,以提高对新材料和先进技术应用的优势和挑战的理解,允许新一代电动马达的发展,它将在工业中发挥基础性的作用,并为社会设想一个新的未来。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版我希望这一挑战将日益持续,并得到潜在利益相关方的支持,以便意大利能够在市场上推出第一个用纳米材料和相关先进技术制造的电机。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版

拉奎拉电机大学名誉教授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
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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。

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