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    標題 山東科大高材生突破電機：每分鐘十萬轉、所用稀土材料減少 70%
    分類 熱點事件
    內容

    這臺永磁同步電動機的轉速為每分鐘100，000轉。

    兩次最佳紀錄保持者，甚至被譽為世界上最快的馬達。

    而且能量轉換效率可達95%，最高功率密度可達7kW/kg，明顯提高了電動車的續航能力。

    635f1936b15ec03c0e717b86_10245455.jpg研究團隊來自澳大利亞新南威爾士大學，包括一名中國弟弟和山東科技大學校友。

    10萬轉電機？

    據研究人員介紹，這是世界上最快的內置永磁同步電機，其中轉子由疊片壓緊。

    韓國最長的鐵路橋Gyopo的設計靈感。

    635f1936b15ec03c0e717b87_10245455.jpg該電機功率為5kW，轉速最快可達100,000 rpm，是目前疊片結構內置永磁同步電機最佳紀錄保持者的兩倍。

    電機轉子表面線速度154m/s(線速度=角速度x半徑)，能量轉換效率95%。

    難度值為2.2310 ^ 5 rpmkW，超過之前10萬轉/分鐘的紀錄：1.8510 ^ 5 rpmkW。

    對了，難度值=電機轉速和功率的平方根的乘積。我們通常把轉速超過10000轉/分或者難度值超過110 ^ 5的電機稱為高速電機。

    635f1936b15ec03c0e717b88_10245455.jpg仔細看，之所以能實現轉速的突破，是因為他們設計了一種新的轉子拓撲結構，提高了電機的魯棒性，減少了單位功率輸出所需的稀土材料用量。

    得益于轉子結構的明顯增強，電機的機械安全系數比目前市面上的電動車電機高1.5~2倍，且轉子不需要表面貼裝永磁轉子常見的防護措施，如碳纖維或合金護套。

    635f1936b15ec03c0e717b89_10245455.jpg特斯拉的電機

    這樣所需稀土材料減少了70%，大大降低了原材料成本。

    這種高速電機能在電動車續航能力上發揮作用，主要是因為其功率密度高，最高可達7kW/kg。

    與同功率的電機相比，高功率密度的電機重量會更輕，車輛的總重量也會變輕，因此可以降低能耗，提高電動車的續航能力。

    為了更好地走出實驗室，研究團隊表示，可以靈活調整電機的速度和功率密度。如果需要適應特斯拉，調整規格只需要半年到一年的時間。

    635f1936b15ec03c0e717b8a_10245455.jpg原因是他們有自己的機械設計軟件包，只需要輸入轉速或功率密度等各種參數。系統運行數周后，他們可以自行優化設計，最終實現目標。

    比如這個實驗室的高速電機可以改造成200kW，18000rpm的電機，可以滿足市場對電動車電機的需求。

    值得一提的是，這種高速電機是在研究團隊開發的AI輔助優化程序的幫助下誕生的，該程序可以評估一系列物理相關因素，如電、磁、機械和熱。

    他們評估了90個設計方案，選擇其中的前50%生成新的設計，重復迭代過程，直到達到期望的最佳效果。這個項目分析的最終版本是第120代。

    635f1936b15ec03c0e717b8b_10245455.jpg在具體使用場景方面，研究人員表示，除了電動汽車之外，它還可以應用于大型供暖、通風和空調系統；用于航空、機器人行業，因為它們對高精度數控機床的要求很高；同時也可以作為飛機發動機內部的集成驅動電機，為飛機提供動力。

    電動車，發展到哪一步了？

    電機作為新能源汽車的“動力心臟”和三大核心部件之一，直接決定了車輛的爬坡、加速和最高速度等重要指標的性能。

    新能源汽車驅動電機包括DC電機、交流異步電機、永磁同步電機和開關磁阻電機，其中永磁同步電機在我國應用最為廣泛。

    AVIC證券研究報告顯示，2019年，我國新能源汽車電機裝機中，永磁同步電機裝機120.98萬臺，占比97.51%，主要用于t

    635f1936b15ec03c0e717b8c_10245455.jpg永磁同步電機(PMSM)是在制造電機轉子時加入永磁體，進一步提高電機的性能；同步是指轉子的轉速始終與定子繞組的電流頻率保持一致。

    主要由定子、轉子和端蓋組成，其中定子包括定子鐵芯和定子銅線繞組，轉子的鐵芯為永磁鐵芯。

    635f1936b15ec03c0e717b8d_10245455.jpg永磁同步電機功率密度和轉矩密度高，即體積小、重量輕、可靠性高、調速準確、響應速度快；缺點是最大功率低，成本高，高溫下有退磁的風險。

    其成本主要來自永磁材料、硅鋼片、漆包線和制造成本。這里的永磁材料一般指金屬永磁體、鐵氧體永磁體、稀土永磁體(NdFeB)，最多占總成本的30%。

    公開資料顯示，目前國內新能源汽車電機生產企業主要分為四大類：

    635f1936b15ec03c0e717b8e_10245456.jpg來自AVIC證券研究報告

    一是有整車及零部件生產經驗的企業，如比亞迪、特斯拉、北汽新能源等。

    第二類是在其他領域有傳統電機生產經驗的企業，如方正電機、大陽電機、江特電機等。

    第三類是專門為新能源汽車設立的電機企業，如深圳大地和、上海大駿動力、金靖電氣、天津鄭松等

    第四類是國際汽車零部件企業，主要包括博世、ZF、博格華納、法雷奧西門子等。

    635f1936b15ec03c0e717b8f_10245456.jpg目前對新能源汽車驅動電機的性能有以下五點要求：

    首先功率密度要高。

    大部分工業場景都有巨大的空間，第一目的是滿足工業需求。電機的體積限制并不突出。

    但在新能源汽車中，電機的尺寸和重量直接影響車輛的動力性能和駕駛體驗。電機設計的方向和難點在于體積小、重量輕、功率高，因此需要盡可能提高功率重量密度和功率體積密度。

    635f1936b15ec03c0e717b90_10245456.jpg美國電動車Lucid Air的電機不僅體積小，而且峰值功率更高，為——。單電機重量73kg，功率密度超過7kw/kg，單電機功率可達499kW。

    相比之下，特斯拉的高性能電機重134kg。

    635f1936b15ec03c0e717b91_10245456.jpg其次，速度范圍廣。一般來說，新能源汽車電機調速范圍越寬越好，最高轉速應在基本轉速的4倍以上。

    比如特斯拉Model S的基礎電機最高轉速可以達到18000轉，比亞迪E平臺3.0的電機最高轉速超過17000轉。

    如果電機轉速高，體積會比普通電機小很多，未來高速電機會成為一個明顯的趨勢。

    第三，啟動扭矩大。

    由于汽車強調百公里加速等性能指標，新能源汽車的驅動電機在起步或低速時需要超高的扭矩，能以最快的方式將車速泵至所需速度。

    第四，高效范圍廣，新能源汽車的驅動電機需要有盡可能寬的高效運行范圍。

    正常路況下，汽車不會頻繁啟動，也不會連續超高速行駛。更多時候是勻速加速或減速，所以中間部分的運行效率就顯得尤為重要。

    635f1936b15ec03c0e717b92_10245456.jpg最后，散熱需求旺盛。

    因為新能源汽車的電機體積小，但同時要求功率密度高，所以散熱問題也隨之而來。

    一般來說，電機的能量轉換效率在90%以上，峰值效率在95%左右，平均能量損耗在10%左右。這10%的能量損耗多以發熱的形式存在，所以電機對散熱有很強的需求。

    所以，上面提到的100，000 rpm電機在速度、功率密度和成本方面獲得了技術優勢。

    研究團隊介紹

    整個團隊由兩名醫生領導：郭雨楚和魯克米杜塔。

    出生于中國的科學家褚國宇(Guoyu Chu)，2014年畢業于山東科技大學電氣與自動化工程學院，隨后就讀于新S大學

    635f1936b15ec03c0e717b94_10245456.jpg他的研究項目還包括用于外科手術的快速溫度控制系統，以及環保供暖、通風和空調系統等。

    目前，他留在電氣工程與電信學院，擔任實驗室助理和助理研究員。

    Rukmi Dutta是新南威爾士大學電氣工程和電信學院的副教授，專門研究新型電機的設計、控制、電磁場分析和建模。

    635f1936b15ec03c0e717b95_10245456.jpg她于1995年畢業于阿薩姆工程學院，主修電氣工程，該學院位于印度阿薩姆邦瓜市哈蒂。

    2006年畢業于澳大利亞新南威爾士大學電氣工程專業。

    到現在，她已經在新南威爾士大學工作了12年零9個月。

         山東科大高材生突破電機：每分鐘十萬轉、所用稀土材料減少 70%想滿天萬紫千紅星斗得很多（左思右想）61. 要知道，如果你經常自嘲自黑，習慣自虐自棄，然后又能很拽地自欺自愈，自己的情緒完全能夠自己一手打理，那就難怪沒有什么人心疼你了。我親切、隨和，總是樂于助人。379.機關算盡太聰明，反算了卿卿性命。    留人不住，醉解蘭舟去。一棹碧濤春水路，過盡曉鶯啼處。賈氏窺簾韓掾少，宓妃留枕魏王才。電動車,新能源汽車,特斯拉42、One is never too old to learn.
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