มอเตอร์แรงบิดสูงความเร็วสูงมีประโยชน์อย่างไร?

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับมอเตอร์แรงบิดสูงความเร็วสูง

ขับเคลื่อนด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับโซลูชั่นการเคลื่อนย้ายที่ยั่งยืนยานพาหนะไฟฟ้า (EVs) กำลังปฏิวัติอุตสาหกรรมยานยนต์ ในบรรดานวัตกรรมมากมายที่สร้างสนามยานพาหนะไฟฟ้ามอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงโดดเด่นในฐานะผู้เปลี่ยนเกม บล็อกนี้สำรวจประโยชน์ของมอเตอร์ความเร็วสูงแรงบิดสูงเจาะลึกลงไปในการออกแบบผลประโยชน์เทคโนโลยีความคุ้มค่าผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและแนวโน้มในอนาคต

มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงเป็นมอเตอร์ที่สามารถส่งออกแรงบิดจำนวนมากด้วยความเร็วที่สูงขึ้น ออกแบบมาเพื่อรวมความเร็วสูงเข้ากับเอาต์พุตแรงบิดสูงมอเตอร์เหล่านี้มักจะใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการการตอบสนองที่รวดเร็วและพลังงานสูง แม้ว่า "ความเร็วสูง" และ "แรงบิดสูง" มักจะถูกมองว่าเป็นคุณลักษณะที่ จำกัด ร่วมกันในการออกแบบมอเตอร์ (เพราะโดยทั่วไปแรงบิดจะลดลงเมื่อความเร็วของมอเตอร์เพิ่มขึ้น) การรวมกันของทั้งสองสามารถทำได้ผ่านเทคโนโลยีและการออกแบบที่เฉพาะเจาะจง เช่นการใช้วัสดุแม่เหล็กถาวรการออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดีที่สุดและระบบทำความเย็นที่ดีขึ้น

มอเตอร์ความเร็วสูงมักจะถูกกำหนดให้เป็นมอเตอร์ที่มีความเร็วมากกว่า 10,000 รอบต่อนาทีและความเร็วเชิงเส้นของโรเตอร์ของพวกเขาอาจมากกว่า 50m/s หรือมาตรฐานที่สูงขึ้น ผลิตภัณฑ์ของพลังงานและความเร็ว ลักษณะแรงบิดสูงต้องการมอเตอร์เพื่อให้แรงบิดที่แข็งแกร่งในขนาดเล็กซึ่งมักจะทำได้โดยการเพิ่มการออกแบบวงจรแม่เหล็กเพิ่มความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กหรือใช้โครงสร้างมอเตอร์พิเศษเช่นมอเตอร์แม่เหล็กถาวรของโรเตอร์

ในการใช้งานในทางปฏิบัติมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงอาจเป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำมอเตอร์แม่เหล็กถาวรหรือมอเตอร์หยุดยั้งที่เปลี่ยนไปมอเตอร์แม่เหล็กถาวร(PMSMS)เป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นในแอปพลิเคชันที่ต้องการตอบสนองความต้องการความเร็วสูงและแรงบิดสูงเนื่องจากประสิทธิภาพสูงและช่วงความเร็วกว้าง ตัวอย่างเช่นมอเตอร์ความเร็วสูงที่มีแรงบิดสูงเป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบขับเคลื่อนประสิทธิภาพสูงสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าเครื่องจักรกลที่แม่นยำอุปกรณ์การบินและอวกาศและหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ต้องการตำแหน่งที่รวดเร็วและแม่นยำ

เพื่อให้ได้ความเร็วและแรงบิดสูงการออกแบบมอเตอร์จำเป็นต้องเอาชนะความท้าทายหลายประการรวมถึงความแข็งแรงของโรเตอร์ที่เพิ่มขึ้นเพื่อทนต่อแรงเหวี่ยงด้วยความเร็วสูงระบบทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพเพื่อควบคุมการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความเป็นไปได้ของระบบแบริ่งพิเศษเช่นตลับลูกปืนแม่เหล็ก การหมุนความเร็วสูง นอกจากนี้การออกแบบของตัวควบคุมมอเตอร์ (MCU) ก็มีความสำคัญเช่นกันเนื่องจากจำเป็นต้องจัดการกระแสและแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานของมอเตอร์มีเสถียรภาพ

ประโยชน์หลักของมอเตอร์แรงบิดสูงความเร็วสูง

ข้อดีของมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงรวมถึง:

1. เอาท์พุทแรงบิดสูง: ในช่วงความเร็วที่จัดอันดับมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงมีแรงบิดสูงซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการแอปพลิเคชันของโหลดขนาดใหญ่และการทำงานความเร็วต่ำ

2. ประสิทธิภาพสูง: มอเตอร์ประเภทนี้สามารถส่งออกแรงบิดได้มากขึ้นภายใต้สภาวะพลังงานต่ำซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงานของระบบ

3. การควบคุมที่แม่นยำ: ความแม่นยำในการควบคุมของมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงนั้นสูงและสามารถรับการควบคุมวงปิดได้ซึ่งเหมาะสำหรับการวางตำแหน่งที่แม่นยำและการเคลื่อนไหวที่สม่ำเสมอและเขตข้อมูลอื่น ๆ

4. ประสิทธิภาพความเร็วสูง: มอเตอร์มีความเร็วสูงซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานความเร็วสูง

5. เสียงรบกวนต่ำ: เสียงรบกวนต่ำจะไม่สร้างเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนมากเกินไปเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการเสียงรบกวนสูง

6. ความหนาแน่นพลังงานสูง: เนื่องจากความเร็วสูงปริมาตรของมอเตอร์มีขนาดเล็กกว่ามอเตอร์ธรรมดาที่มีพลังงานเท่ากันซึ่งสามารถประหยัดวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ

7. ประสิทธิภาพการส่งผ่านสูง: มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับผู้เสนอญัตติสำคัญซึ่งยกเลิกกลไกการชะลอตัวแบบดั้งเดิมซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งผ่าน

8. การตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็ว: ช่วงเวลาของความเฉื่อยของมอเตอร์ความเร็วสูงมีขนาดเล็กซึ่งทำให้การตอบสนองแบบไดนามิกรวดเร็ว

9. การปรับตัวที่แข็งแกร่ง: มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงสามารถปรับให้เข้ากับสถานการณ์ที่หลากหลายเช่นการขนส่งสินค้าและระบบขนส่งสาธารณะ

10. ต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำ: แม้ว่าจะเป็นการยากที่จะผลิตมอเตอร์ความเร็วสูง แต่ค่าบำรุงรักษาของพวกเขาค่อนข้างต่ำและอายุการใช้งานของพวกเขามีความยาว

ข้อได้เปรียบเหล่านี้ทำให้มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงทำงานได้ดีในการใช้งานที่ต้องการแรงบิดสูงการควบคุมที่แม่นยำและการทำงานความเร็วสูงเช่นเครื่องจักรอุตสาหกรรมอุปกรณ์ระบบอัตโนมัติยานพาหนะพลังงานใหม่ ฯลฯ

การเลือกประเภทมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง

(1) ในการประยุกต์ใช้สภาพการทำงานขนาดกลางและความเร็วต่ำมอเตอร์แม่เหล็กถาวรครอบครองกระแสหลักด้วยความได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ
(2) ในการประยุกต์ใช้สภาพการทำงานขนาดกลางและความเร็วสูงมอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์แม่เหล็กถาวรอยู่ร่วมกัน

(3) ในแอพพลิเคชั่นความเร็วสูงพิเศษมอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นส่วนใหญ่

ข้อได้เปรียบทางเทคนิคของมอเตอร์แรงบิดสูงความเร็วสูง

มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงมีขนาดเล็กสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับโหลดความเร็วสูง (ไดรฟ์โดยตรง) ช่วยลดความต้องการอุปกรณ์เพิ่มความเร็วเชิงกลแบบดั้งเดิมลดเสียงรบกวนของระบบและปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งผ่านระบบ ในปัจจุบันมอเตอร์ความเร็วสูงหลักมอเตอร์แม่เหล็กถาวรและมอเตอร์ที่ไม่เต็มใจเปลี่ยนได้รับการยอมรับอย่างประสบความสำเร็จ ลักษณะหลักของมอเตอร์ความเร็วสูงคือความเร็วของโรเตอร์สูงกระแสที่คดเคี้ยวสเตเตอร์และความถี่ฟลักซ์แม่เหล็กสูงในแกนและความหนาแน่นพลังงานสูงและความหนาแน่นของการสูญเสีย ลักษณะเหล่านี้กำหนดว่ามอเตอร์ความเร็วสูงมีเทคโนโลยีสำคัญและวิธีการออกแบบที่แตกต่างจากมอเตอร์ความเร็วปกติและความยากลำบากในการออกแบบและการผลิตมักจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับมอเตอร์ความเร็วสูงธรรมดา

เทคโนโลยีสำคัญของมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง

การประยุกต์ใช้ความเร็วสูงความเร็วสูงพิเศษและแรงบิดสูงมีโอกาสในวงกว้าง แต่ในขณะเดียวกันก็นำความท้าทายที่สูงมากมาสู่มอเตอร์และเราพบว่ามีสี่ประเภทหลังจากรวมปัญหาเหล่านี้เข้ากับรายการที่คล้ายกัน พวกเขาคือการกระจายความร้อนการเลือกประเภทการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนและการออกแบบที่มีประสิทธิภาพ

(1) การกระจายความร้อน: การสูญเสียมอเตอร์เพิ่มขึ้นตามความก้าวหน้าทางเรขาคณิตของความเร็วและความร้อนที่เกิดจากการสูญเสียสูงทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นของมอเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเพื่อรักษาการทำงานความเร็วสูง ออกแบบวิธีการระบายความร้อนด้วยการกระจายความร้อนที่ดี วิธีการระบายความร้อนทั่วไปสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูง ได้แก่ การระบายความร้อนด้วยอากาศภายในและการระบายความร้อนด้วยน้ำมันภายใน

(2) การเลือกมอเตอร์: การเลือกประเภทมอเตอร์ความเร็วสูงเป็นคำถามที่ไม่มีคำตอบมาตรฐาน โดยทั่วไปจากมุมมองของความหนาแน่นของพลังงานและประสิทธิภาพมันเป็นประโยชน์ในการเลือกมอเตอร์แม่เหล็กถาวรในขณะที่มอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์ที่ไม่เต็มใจเปลี่ยนจากมุมมองของความน่าเชื่อถือ อย่างไรก็ตามเนื่องจากการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนสูงการประยุกต์ใช้การสลับการสลับจึงน้อยลง มอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นส่วนใหญ่ในการใช้งานที่สูงเป็นพิเศษและมอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์แม่เหล็กถาวรอยู่ร่วมกันในการใช้งานความเร็วสูง

(3) การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน: ปัญหาการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนเป็นอุปสรรคสำคัญสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูง เมื่อเทียบกับมอเตอร์ธรรมดามีปัญหาการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของโรเตอร์เช่นความเร็วที่สำคัญของโรเตอร์และการสั่นสะเทือนของเพลา นอกจากนี้ยังมีปัญหาของเสียงอคูสติกที่เกิดจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงและความถี่แรงแม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์ความเร็วสูงสูงกว่าและช่วงการกระจายกว้างขึ้นซึ่งง่ายมากที่จะกระตุ้นการสั่นพ้องของระบบสเตเตอร์

เพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นสะเทือนความเร็วที่สำคัญการออกแบบโรเตอร์ของมอเตอร์ความเร็วสูงเป็นสิ่งสำคัญมากและจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์และทดสอบโมดัลอย่างเข้มงวด อัตราส่วนภาพต้องใช้เป็นตัวแปรการเพิ่มประสิทธิภาพในการออกแบบ: การออกแบบโรเตอร์นั้นหนาและสั้นเกินไปซึ่งสามารถเพิ่มขีด จำกัด สูงสุดของความเร็ววิกฤตและมีแนวโน้มที่จะสั่นพ้องน้อยกว่า แต่ความยากลำบากของโรเตอร์ที่จะเอาชนะ centrifugal ความเครียดเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันการออกแบบโรเตอร์เรียวช่วยเพิ่มปัญหาความแข็งแรงของแรงเหวี่ยง แต่ความเร็ววิกฤตลดลงความน่าจะเป็นของการสั่นพ้องจะเพิ่มขึ้นและพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าก็ลดลงเช่นกัน ดังนั้นการออกแบบของโรเตอร์จะต้องมีความสมดุลซ้ำ ๆ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในการออกแบบมอเตอร์ความเร็วสูง

(4) การออกแบบที่มีประสิทธิภาพ: การสูญเสียมอเตอร์เพิ่มขึ้นตามความก้าวหน้าทางเรขาคณิตของความเร็วและการสูญเสียที่สูงทำให้ประสิทธิภาพของมอเตอร์สลายตัวอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงการสูญเสียทุกชนิดจะต้องถูกควบคุม การใช้การใช้ธาตุเหล็กเป็นตัวอย่างเพื่อลดการสูญเสียกระแสไหล่ Eddy จะใช้แผ่นเหล็กซิลิกอนบาง ๆ ที่ 0.10 มม. และ 0.08 มม. แผ่นบางเฉียบสามารถลดความสูญเสียในปัจจุบันของ Eddy แต่ไม่สามารถปรับปรุงการสูญเสีย hysteresis ได้ดังนั้นการสูญเสียธาตุเหล็กและการสูญเสีย hysteresis ของแผ่นบางเฉียบเป็นพิเศษสำหรับคนส่วนใหญ่ในขณะที่การสูญเสียกระแสวนในแผ่นงานธรรมดา เพื่อปรับปรุงการสูญเสีย hysteresis คุณสามารถเริ่มต้นจากสามวิธีต่อไปนี้:

●เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบวงจรแม่เหล็กเพื่อปรับปรุงความเป็นไซนัสของสนามแม่เหล็กและลดการสูญเสียธาตุเหล็กฮาร์มอนิก

●ลดภาระแม่เหล็กเพิ่มภาระความร้อนและลดการใช้เหล็กขั้นพื้นฐาน

●เริ่มต้นจากการเลือกวัสดุเลือกแผ่นเหล็กซิลิกอนที่มีการสูญเสียฮิสเทรีซิสน้อยลง

นอกเหนือจากการสูญเสียธาตุเหล็กมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงยังต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการสูญเสีย AC ซึ่งเกิดจากการแทรกซึมของสนามแม่เหล็กสลับความถี่สูงซึ่งมักจะปรากฏนอกแม่เหล็ก, ปลอกโลหะและสเตเตอร์ ขดลวด การสูญเสียแม่เหล็ก AC เป็นตัวอย่างวิธีการทั่วไปคือการแบ่งแม่เหล็กออกเป็นหลายส่วนซึ่งสามารถแบ่งส่วนในทิศทางรัศมีหรือแนวแกน การแบ่งส่วนสามารถลดพื้นที่การไหลเวียนวนและลดการสูญเสีย AC

ความท้าทายสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง:

1. ปัญหาการสูญเสียของมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง: ด้วยการเพิ่มขึ้นของความเร็วการสูญเสียของมอเตอร์ก็เพิ่มขึ้นเรขาคณิตและการเพิ่มขึ้นของกระแสที่คดเคี้ยวและความถี่ฟลักซ์แม่เหล็กในแกนเหล็กยังนำไปสู่การเพิ่มขึ้น จากการสูญเสียมอเตอร์พื้นฐานซึ่งทำให้มอเตอร์ร้อนขึ้นอย่างจริงจัง นอกจากนี้พื้นผิวของโรเตอร์จะถูกับช่องว่างของอากาศด้วยความเร็วสูงและการสูญเสียแรงเสียดทานสูงกว่ามอเตอร์ความเร็วปกติ สำหรับมอเตอร์แม่เหล็กถาวรการสูญเสียกระแสวนจะใหญ่ขึ้นหลังจากความเร็วสูงเหล็กแม่เหล็กจะถูกทำให้ร้อนอย่างรุนแรงและการกระจายความร้อนจะแย่ลงหลังจากนั้นมีขนาดเล็กและความเสี่ยงของการกำจัดแม่เหล็กเพิ่มขึ้นอย่างมาก

การสูญเสียธาตุเหล็กเป็นตัวอย่างเพื่อลดการสูญเสียกระแสไหลเวียนของ Eddy, แผ่นเหล็กซิลิกอนที่บางกว่า 0.1 หรือ 0.08 มม. นั้นสามารถใช้แผ่นเหล็กซิลิกอนบางเฉียบสามารถลดการสูญเสียกระแสไหล่ได้ แต่ไม่สามารถเปลี่ยนการสูญเสีย hysteresis เพื่อปรับปรุง hysteresis การสูญเสียมีสามวิธี: (1) เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบวงจรแม่เหล็กปรับปรุงความเป็นไซนัสของสนามแม่เหล็กและลดการสูญเสียเหล็กฮาร์มอนิก; (2) ลดภาระแม่เหล็กเพิ่มภาระความร้อนและลดการใช้เหล็กขั้นพื้นฐาน (3) วัสดุถูกเลือกเป็นแผ่นเหล็กซิลิกอนที่มีการสูญเสียฮิสเทรีซิสน้อยลง

2. ปัญหาการกระจายความร้อนของมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง: มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงจะสร้างความร้อนจำนวนมากภายใต้การทำงานที่มีกำลังสูงและจำเป็นต้องมีระบบการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพเพื่อให้อุณหภูมิคงที่ ป้องกันไม่ให้ความร้อนสูงเกินไปจากการมีผลกระทบด้านลบต่อประสิทธิภาพและชีวิตของมอเตอร์และเสริมสร้างความเย็นของแกนโรเตอร์และแม่เหล็ก มีสองวิธีการระบายความร้อนทั่วไปสำหรับมอเตอร์: การระบายความร้อนน้ำมันและการระบายความร้อนด้วยน้ำ โดยทั่วไปแล้วมอเตอร์ความเร็วสูงจะต้องรวมกับการระบายความร้อนประสิทธิภาพสูงช่องระบายความร้อนจะถูกจัดเรียงในที่คดเคี้ยวและท่อระบายความร้อนจะถูกจัดเรียงในร่องสเตเตอร์เพื่อติดต่อกับคดเคี้ยวโดยตรง การกระจายความร้อนเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อนของการคดเคี้ยว

การระบายความร้อนด้วยน้ำมันช่วยให้เพลาโรเตอร์ไหลและเมื่อโรเตอร์หมุนน้ำมันภายในสามารถโยนไปที่จุดสิ้นสุดของสเตเตอร์เพื่อทำให้สเตเตอร์และโรเตอร์ของมอเตอร์เย็นลง นอกจากนี้การจัดเรียงท่อน้ำมันบนตัวเรือนสามารถตระหนักถึงการระบายความร้อนด้วยสเปรย์ของมอเตอร์ เทสลาโตโยต้าและ OEM อื่น ๆ มีการออกแบบการระบายความร้อนของโรเตอร์ เทคโนโลยีการจัดการพลังงานความร้อนของมอเตอร์แบบซิงโครนัสแม่เหล็กความเร็วสูงความเร็วสูงได้รับการพัฒนาหลายชุดเช่นการพัฒนาระบบระบายความร้อนด้วยมอเตอร์ตั้งแต่การระบายความร้อนด้วยอากาศไปจนถึงการระบายความร้อนด้วยน้ำและตอนนี้การระบายความร้อนด้วยน้ำมัน แจ็คเก็ตน้ำและโครงสร้างสเตเตอร์และโรเตอร์ของมอเตอร์จาก "V-type" และ "Double V-type" ถึง "U-shape" และ "U+1 type" ฯลฯ ซึ่งอย่างมาก ปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อนในระบบรวม เพื่อที่จะรักษาการทำงานความเร็วสูงการออกแบบการกระจายความร้อนที่ยอดเยี่ยมก็ถูกนำไปที่โต๊ะเช่นเทคโนโลยีการทำความเย็นถังในรถถังของ Schaeffler ซึ่งสารหล่อเย็นไหลระหว่างขดลวด การระบายความร้อนของน้ำมันแบบ slotted ในแอกเพื่อนำน้ำมันระบายความร้อนเข้ามาใกล้กับขดลวดลวดทองแดง

เทคโนโลยีการระบายความร้อนน้ำมันจากศูนย์กลางของ Borgwarner ช่วยให้สารหล่อเย็นสามารถปิดขดลวดผ่านโครงสร้างวงจรน้ำมันนูนและการออกแบบรูน้ำมันของแกนกลางเพื่อไม่ให้พ่นแบบมุมตาย การใช้เทคโนโลยีเช่นการระบายความร้อนด้วยน้ำมันและการระบายความร้อนแบบไฮบริดสามารถปรับปรุงเวลาสัดส่วนของพลังงานสูงสุดของมอเตอร์ได้อย่างมากและสร้างแรงมากขึ้น ไม่เพียง แต่เป็นเทคโนโลยีการระบายความร้อนขั้นสูงที่หลากหลายเท่านั้น แต่ยังมีความท้าทายใหม่ ๆ ที่นำไปสู่เทคโนโลยีการจัดการความร้อนโดยรวม

3. การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนของมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง: เมื่อเทียบกับมอเตอร์ธรรมดาความถี่แรงแม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์ความเร็วสูงจะสูงขึ้นและช่วงการกระจายกว้างขึ้นและความเร็ววิกฤตของโรเตอร์ เพลามอเตอร์และการสะอื้นของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงนั้นง่ายต่อการสั่นสะเทือนของระบบสเตเตอร์ ความเร็วสูงของมอเตอร์ความเร็วสูงสามารถทำให้เกิดปัญหาเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนและการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดและมาตรการการทำให้หมาด ๆ จะต้องให้ประสบการณ์การขับขี่ที่ราบรื่นขึ้นและเงียบลง

เพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นสะเทือนความเร็วที่สำคัญการออกแบบของโรเตอร์จะต้องมีการวิเคราะห์และทดสอบแบบเป็นแบบอย่าง หากการออกแบบโรเตอร์สั้นและหนาเกินไปมันสามารถเพิ่มขีด จำกัด สูงสุดของความเร็ววิกฤตและไม่ได้มีแนวโน้มที่จะกำทอน แต่ความยากลำบากของโรเตอร์ที่จะเอาชนะความเครียดแบบแรงเหวี่ยงจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันหากการออกแบบโรเตอร์มีความเรียวเกินไปปัญหาความแข็งแรงของแรงเหวี่ยงจะดีขึ้น แต่ความเร็ววิกฤตจะลดลงความน่าจะเป็นของการสั่นพ้องเพิ่มขึ้นและพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจะลดลง ดังนั้นการออกแบบของโรเตอร์จึงเป็นกระบวนการของการแลกเปลี่ยนและการปรับสมดุลอย่างต่อเนื่อง

4. ความท้าทายของมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงในการควบคุมมอเตอร์ความเร็วสูงต้องใช้กระแสไฟฟ้าความถี่สูงซึ่งเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์ นอกจากนี้อัลกอริทึมที่ไม่มีเซ็นเซอร์ที่ใช้กันทั่วไปในมอเตอร์ความเร็วสูงนั้นมีความอ่อนไหวต่ออิทธิพลของปัจจัยต่าง ๆ เช่นอินเวอร์เตอร์ไม่เชิงเส้น, ฮาร์มอนิกเชิงพื้นที่, ตัวกรองลูปและการเบี่ยงเบนพารามิเตอร์การเหนี่ยวนำทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการประมาณตำแหน่งโรเตอร์

5. การออกแบบมอเตอร์ไดรฟ์

การออกแบบมอเตอร์ไดรฟ์ของมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงก็เป็นจุดที่ยากเช่นกัน ความเร็วไฟฟ้าของมอเตอร์ = จำนวนคู่ขั้ว x ความเร็วเชิงกลของมอเตอร์และจำนวนคู่ขั้วของมอเตอร์ขับเคลื่อนหลักของยานพาหนะพลังงานใหม่โดยทั่วไปคือ 4 ดังนั้นการใช้ความเร็วเชิงกล 20000rpm เป็นตัวอย่าง ความเร็วไฟฟ้าของมอเตอร์ไดรฟ์หลักคือ 80000 รอบต่อนาทีและหากคุณเปลี่ยนเป็นความถี่จะเป็น 80000/60 = 1333Hz ความถี่พื้นฐานของ 1333Hz เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์การควบคุมที่ดีขึ้นความถี่ของ PWM จะต้องมีมากกว่า 30x1333Hz = 40kHz

ความถี่ในการสลับของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังมี จำกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ IGBTS ทั่วไปซึ่งโดยทั่วไปต่ำกว่า 20kHz; นอกจากนี้ความถี่การสลับที่สูงเกินไปจะทำให้อุปกรณ์ร้อนขึ้นอย่างรุนแรงและลดประสิทธิภาพของผู้ขับขี่ ในเวลานี้จำเป็นต้องมีการสนับสนุนอุปกรณ์ SIC และจะเห็นได้ว่ามอเตอร์ความเร็วสูงส่วนใหญ่ใช้แพลตฟอร์ม SIC 800V แรงดันสูง

ในฐานะตัวแทนของเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามวัสดุ SIC มีความกว้าง bandgap กว้างสนามไฟฟ้าที่มีการสลายตัวสูงค่าการนำความร้อนสูงอัตราความอิ่มตัวของอิเล็กตรอนสูงและความต้านทานการแผ่รังสีที่สูงขึ้นดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการผลิตอุณหภูมิสูงสูงสูง -ความถี่, อุปกรณ์ที่ทนต่อการแผ่รังสีและพลังงานสูงดังนั้น SIC จึงกลายเป็นตัวเลือกที่เหมาะเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของยานพาหนะพลังงานใหม่

ความถี่การสลับสูงยังหมายถึงความถี่การทำงานของ FOC สูงดังนั้นมอเตอร์ความเร็วสูงจึงต้องใช้กำลังการคำนวณที่แน่นอนสำหรับโปรเซสเซอร์ แน่นอนว่าโปรเซสเซอร์ยานยนต์ในปัจจุบันส่วนใหญ่มีความสามารถในการทำงานและวงกลม FOC ธรรมดาสามารถเสร็จสิ้นได้ในไม่กี่ไมโครวินาที ตัวอย่างเช่น S32K39X หรือ TC3XX ของ Tricore ฯลฯ

ในแง่ของฮาร์ดแวร์ความถี่ในการสลับสูงที่จำเป็นสำหรับไดรฟ์มอเตอร์ความเร็วสูงจะนำปัญหาใหม่ของ EMC และความท้าทายใหม่ ๆ มาสู่ความน่าเชื่อถือของวงจรพลังงาน ในแง่ของซอฟต์แวร์นอกเหนือจาก Autosar ความปลอดภัยในการใช้งานและความปลอดภัยของข้อมูลที่ต้องการโดยไดรฟ์มอเตอร์ทั่วไปไดรฟ์มอเตอร์ความเร็วสูงยังต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อนของพารามิเตอร์ต่าง ๆ ภายในมอเตอร์ด้วยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความแข็งแรงของโครงสร้าง ส่งผลให้เกิดปัญหาของระบบไม่เชิงเส้นและความไม่แน่นอนที่โดดเด่น ในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องตรวจสอบโหลดของโปรเซสเซอร์แบบเรียลไทม์และจำเป็นต้องตระหนักถึงการควบคุมกระแสไฟฟ้าและการควบคุมแรงบิดสูง

โดยทั่วไปมีความท้าทายและเทคโนโลยีที่สำคัญมากมายสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงและปัญหาเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการจัดการในเวลาเดียวกันซึ่งยากกว่ามอเตอร์ธรรมดา ความจำเป็นที่จะต้องใช้วิธีการเชื่อมต่อแบบมัลติไซคิกแบบ Mychernetic-Magnetic-NVH เป็นความท้าทายใหม่และโอกาสใหม่ Pumbaa ยังทำงานในทิศทางนี้ในเวลาเดียวกันและกำลังพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ตอบสนองความต้องการของตลาดผู้บริโภคและสาธารณะ

มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงเทียบกับมอเตอร์ความเร็วต่ำแรงบิดสูง

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงและมอเตอร์ความเร็วต่ำแรงบิดสูงคือเป้าหมายการออกแบบสถานการณ์การใช้งานและลักษณะการทำงาน นี่คือความแตกต่างหลักระหว่างมอเตอร์ทั้งสองประเภทนี้:

1.ลักษณะความเร็วและแรงบิด-

• มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง: มอเตอร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาสำหรับแอพพลิเคชั่นความเร็วสูงโดยทั่วไปจะเกินกว่าสองสามพันรอบต่อนาที พวกเขามีลักษณะความหนาแน่นพลังงานสูงขนาดเล็กและน้ำหนักเบาทำให้เหมาะสำหรับโอกาสที่ต้องใช้การหมุนอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูงเช่นกังหันลมยานพาหนะไฟฟ้า ฯลฯ
• มอเตอร์ความเร็วต่ำแรงบิดสูง: มอเตอร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาสำหรับแอพพลิเคชั่นความเร็วต่ำที่ต้องการแรงบิดสูงโดยทั่วไปจะอยู่ในการปฏิวัติหลายร้อยครั้งต่อนาที ข้อดีของพวกเขารวมถึงแรงเริ่มต้นที่ดีและความสามารถในการเร่งความเร็วและเหมาะสำหรับโอกาสที่ต้องใช้กำลังไฟสูงและความเร็วต่ำและแรงบิดสูงเช่นเครื่องจักรกลหนักสายพานลำเลียง ฯลฯ

2.แอปพลิเคชัน-

• มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง: เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการการตอบสนองที่รวดเร็วและการทำงานความเร็วสูงเช่นรถไฟความเร็วสูงโดรนประสิทธิภาพสูง ฯลฯ
• มอเตอร์แรงบิดสูงและความเร็วต่ำ: เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องใช้แรงบิดขนาดใหญ่เพื่อรับมือกับการเร่งความเร็วการปีนเขาการโหลด ฯลฯ เช่นยานพาหนะไฟฟ้าเครนอุตสาหกรรม ฯลฯ

3.โครงสร้างและการควบคุม-

• มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง: เนื่องจากข้อกำหนดการดำเนินงานความเร็วสูงพวกเขามักจะต้องใช้กระบวนการผลิตที่ละเอียดอ่อนและการประกันศูนย์กลางที่เข้มงวดรวมถึงระบบทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพเพื่อรักษาการทำงานที่มั่นคง
• มอเตอร์ความเร็วต่ำแรงบิดสูง: โดยทั่วไปจะต้องใช้เพื่อให้ได้เอาท์พุทความเร็วต่ำและแรงบิดสูงผ่านอุปกรณ์เกียร์ที่ลดลงมอเตอร์เหล่านี้อาจมีความซับซ้อนมากขึ้นในการออกแบบ แต่ระบบควบคุมและไดรฟ์อาจง่ายกว่าความเร็วสูงความเร็วสูง มอเตอร์

โดยสรุปการเลือกมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงหรือมอเตอร์ความเร็วต่ำแรงบิดสูงควรได้รับการพิจารณาอย่างละเอียดตามข้อกำหนดการใช้งานจริงเช่นความเร็วแรงบิดแรงบิดพลังงานและพื้นที่ที่อุปกรณ์ต้องการ

เคล็ดลับในการเลือกมอเตอร์แรงบิดสูงความเร็วสูงที่เหมาะสม

การเลือกมอเตอร์ความเร็วสูงแรงบิดสูงเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับปัจจัยสำคัญหลายประการ นี่คือเคล็ดลับสำคัญที่ควรพิจารณา:

เคล็ดลับสำหรับการเลือกมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง

1. การวิเคราะห์ข้อกำหนดของแอปพลิเคชัน: ชี้แจงความเร็วในการทำงานที่จำเป็นความต้องการพลังงานและลักษณะแรงบิดของมอเตอร์รวมถึงสภาพแวดล้อมของการทำงานของมอเตอร์

2. การเลือกประเภทมอเตอร์: มอเตอร์ DC, มอเตอร์แบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรหรือมอเตอร์เหนี่ยวนำถูกเลือกตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชัน

3. การพิจารณาความสามารถในการกระจายความร้อน: ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามอเตอร์มีการออกแบบการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพเช่นการระบายความร้อนของอากาศการระบายความร้อนด้วยน้ำหรือการระบายความร้อนด้วยน้ำมันเพื่อรับมือกับความร้อนที่เกิดขึ้นในระหว่างการทำงานความเร็วสูง

4. การออกแบบแบริ่งและโครงสร้างเชิงกล: เลือกประเภทแบริ่งที่สามารถทนต่อการหมุนความเร็วสูงเช่นตลับลูกปืนเซรามิกหรือตลับลูกปืนการลอยแม่เหล็กและตรวจสอบให้แน่ใจว่าการออกแบบโรเตอร์สามารถทนต่อแรงแรงเหวี่ยงในการทำงานความเร็วสูง

5. ข้อกำหนดไดรฟ์และการควบคุม: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวแปลงความถี่สามารถให้เอาต์พุตความถี่สูงพอและเลือกมอเตอร์ที่มีตัวเข้ารหัสความละเอียดสูงหรือเซ็นเซอร์ฮอลล์เพื่อให้ได้การควบคุมที่แม่นยำ

6. การพิจารณาประสิทธิภาพและค่าใช้จ่าย: เลือกมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อลดขยะพลังงานในขณะที่พิจารณาค่าใช้จ่ายของมอเตอร์และค่าบำรุงรักษา

พื้นที่แอปพลิเคชันสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูง

มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโอกาสที่ต้องใช้การหมุนความเร็วสูงและแรงบิดขนาดใหญ่ดังต่อไปนี้:

(1) มอเตอร์ความเร็วสูงใช้ในโอกาสต่าง ๆ เช่นคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงสำหรับเครื่องปรับอากาศหรือตู้เย็นและด้วยการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีข้อกำหนดพิเศษมากขึ้นเรื่อย ๆ

(2) ด้วยการพัฒนายานพาหนะไฮบริดในอุตสาหกรรมยานยนต์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าความเร็วสูงที่มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบาจะมีมูลค่าอย่างเต็มที่และมีโอกาสในการใช้งานที่ดีในยานพาหนะไฮบริดการบินเรือและสาขาอื่น ๆ

(3) เครื่องกำเนิดความเร็วสูงที่ขับเคลื่อนโดยกังหันก๊าซมีขนาดเล็กและมีความคล่องตัวสูงซึ่งสามารถใช้สำหรับแหล่งจ่ายไฟสำรองของสิ่งอำนวยความสะดวกที่สำคัญบางแห่งและยังสามารถใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟอิสระหรือพลังงานขนาดเล็ก สถานีเพื่อชดเชยการขาดแหล่งจ่ายไฟจากส่วนกลางซึ่งมีคุณค่าในทางปฏิบัติที่สำคัญ

โดยการพิจารณาปัจจัยข้างต้นคุณสามารถเลือกมอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงที่เหมาะสมกับความต้องการของแอปพลิเคชันของคุณมากที่สุด

แอพพลิเคชั่นของมอเตอร์ความเร็วสูงในยานพาหนะพลังงานใหม่คืออะไร?

ยานพาหนะไฟฟ้าแบตเตอรี่ (BEVs): มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์ทำให้พวกเขามีกำลังขับที่มีประสิทธิภาพ มอเตอร์ความเร็วสูงสามารถตอบสนองความต้องการของยานพาหนะไฟฟ้าสำหรับการส่งออกพลังงานประสิทธิภาพการเร่งความเร็วและช่วง

ยานพาหนะไฟฟ้าไฮบริด (HEVs): มอเตอร์ความเร็วสูงแรงบิดสูงใช้ในยานพาหนะไฮบริดเพื่อให้การสนับสนุนพลังงานเพิ่มเติมและพลังงานเบรกพักฟื้น ด้วยการทำงานร่วมกับมอเตอร์ไฟฟ้าความเร็วสูงยานพาหนะไฮบริดสามารถทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้สูงขึ้นและลดการปล่อยมลพิษ

ยานพาหนะไฟฟ้าระยะไกล (EREV): มอเตอร์ความเร็วสูงแรงบิดสูงมีบทบาทสำคัญในยานพาหนะไฟฟ้าระยะยาว สามารถใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในการชาร์จยานพาหนะและขยายช่วงในโหมดไฟฟ้า

ยานพาหนะไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง: มอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงมีบทบาทสำคัญในรถยนต์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูงและการตอบสนองที่รวดเร็วให้ประสบการณ์การเร่งความเร็วและการขับขี่ที่ยอดเยี่ยม

ต่อไปนี้เป็นโมเดลแอปพลิเคชันเฉพาะ:

Tesla Model S: Tesla Model S ถูกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าความเร็วสูงที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงและประสิทธิภาพสูง ซีดานไฟฟ้านี้มีประสิทธิภาพการเร่งความเร็วที่ยอดเยี่ยมและระยะยาวทำให้เป็นหนึ่งในผู้นำในตลาดรถยนต์พลังงานใหม่

NEO EP9: NEO EP9 เป็นซุปเปอร์คาร์ไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงที่ติดตั้งมอเตอร์ไฟฟ้าความเร็วสูงหลายตัวเพื่อให้กำลังไฟที่ทรงพลัง EP9 ได้กลายเป็นจุดสนใจของโลกยานยนต์ด้วยประสิทธิภาพการเร่งความเร็วที่น่าทึ่งและความเร็วสูงสุดที่สูงมาก

BYD Qin Pro EV: Qin Pro EV เป็นรุ่นไฮบริดปลั๊กอินขนาดกะทัดรัดที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าความเร็วสูงเป็นแหล่งพลังงานหลัก มันได้รับความสมดุลที่ดีระหว่างการประหยัดพลังงานการปกป้องสิ่งแวดล้อมและประสิทธิภาพการขับขี่และได้กลายเป็นหนึ่งในยานพาหนะพลังงานใหม่ที่ดึงดูดความสนใจในตลาด

บทสรุป

ในอนาคตระบบไดรฟ์ไฟฟ้าจะพัฒนาไปในทิศทางของความหนาแน่นพลังงานสูงและต้นทุนต่ำและความเร็วสูงเป็นหนึ่งในวิธีการทางเทคนิคที่สำคัญเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ซึ่งมีข้อได้เปรียบที่อยู่ภายใต้สภาพการทำงานพลังงานเดียวกัน เพิ่มขึ้นและแรงบิดสามารถลดลงเพื่อให้ขนาดมอเตอร์สามารถลดลงได้และปริมาณของเครื่องยนต์สามารถลดลงได้ซึ่งทำให้ลดต้นทุนมอเตอร์ลดลง ดังนั้นความเร็วสูงของมอเตอร์จึงมีความคาดหวังในการใช้งานที่ดีในยานพาหนะไฮบริด ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องและนวัตกรรมของเทคโนโลยีเชื่อว่ามอเตอร์ความเร็วสูงและแรงบิดสูงจะยังคงส่งเสริมการพัฒนาของอุตสาหกรรมยานพาหนะไฟฟ้าและมอบประสบการณ์การขับขี่ที่มีประสิทธิภาพเป็นมิตรและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

อ่านเพิ่มเติม:แปลงรถยนต์แก๊สเป็นไฮบริด: คู่มือทีละขั้นตอน