研究人员制造出世界上最快的电动机 每分钟10万转

　　据澳大利亚新南威尔士大学网站报道,该校研究人员开发出一种新型电动机,可实现每分钟100000次的转速。新设计实现的高功率密度可帮助减轻电动汽车重量,从而增加续航里程。

新南威尔士大学团队设计和建造的新电机是对现有IPMSM（内置永磁同步电机）的改进，IPMSM主要用于电动汽车的牵引驱动。图片来源：Guoyo Chu/新南威尔士大学

　　世界各地电动汽车制造商一直在寻找解决电池供电车辆的续航里程难题。其中一种选择是增加电池组的尺寸,但这同时增加了车辆重量,产生更多需解决的问题。另一种选择是减轻电动机的重量,高速旋转的电机可缩小尺寸,这不仅能减轻重量,还可降低能耗,可增加相同电池组的电动汽车续航里程。

　　电动汽车牵引驱动中使用传统内置式永磁同步电机（IPMSM）,其将磁铁嵌入转子中以产生强大的扭矩。现有的IPMSM由于转子中的薄铁桥而遭受低机械强度的影响,这限制了它们的最大速度。研究人员使用了一种新的转子拓扑结构,不仅提高了电机的稳健性,而且还将生产电机所需的稀土材料减少了70%。

　　新南威尔士大学研究人员使用人工智能辅助优化程序,评估了电、磁、机械和热等各方面性能以优化电动机设计。

　　团队对90种设计方案进行了评估,然后选择其中前50%来生成新设计,并重复迭代过程,直到达到所需的最佳效果。最后一个电机设计是该程序分析的第120代,最终实现了每分钟100000转的绝对最大速度和每公斤7千瓦的峰值功率密度,是现有层压IPMSM高速记录的两倍,成为有史以来最快的IPMSM。

　　除电动汽车外,该电机还可用于使用高速压缩机以及高精度数控机床的大型供暖、通风和空调系统,或作为集成驱动发电机部署在飞机发动机内部,为电气系统提供动力。

　　新电机与现有技术相比还具有显著的成本优势,大多数高速电机使用套筒来加强转子,该套筒通常由钛或碳纤维等高成本材料制成。而新转子具有非常好的机械坚固性,因此不需要套筒,且只使用约30%的稀土材料,成本大幅降低,从而使高性能电机更加环保和实惠。

　　总编辑圈点

　　每个电动车制造厂家都在尝试开发高速电机。电机输出的功率等于转速乘以扭矩,当转速足够高,扭矩便可以小一些。此次电机的设计,借用了人工智能的力量。他们评估了90个设计方案,选择了更有潜力的几十种方案生成设计并迭代,最终研制出最快电机。当然,在真正应用时,并不需要达到这样的高速,可以调整到适合的功率和速度。研究负责人也表示,根据厂商要求对电机进行适应性调整,也只需要半年到一年的时间。这似乎是一项离应用并不太遥远的成果。