Pumbaa 160KW PMSM drifmótorar fyrir rafknúin ökutæki PML160

1. Flatvírsmótor
• Vindingaform mótorsins breytist smám saman úr kringlóttum vír í flatan vír, með mikilli fyllingarhraða raufanna, stuttum endum, mikilli aflþéttleika og sterkri varmadreifingargetu.

2. Háspennu einangrunarhönnun
• Mótorinn notar ný einangrunarefni og ferla til að uppfylla kröfur um mikla rofatíðni SiC stýringa fyrir sífellt hraðari mótora.

3. Háhraða og þungar einangraðir legur
• Mótorhönnunin notar einangruð legur, sem geta uppfyllt hönnunarkröfur upp á 24000 snúninga á mínútu; og það getur á áhrifaríkan hátt komið í veg fyrir myndun rafmagnstæringar á legum.

4. Olíukældur mótor
• Mótorinn notar olíukælda uppbyggingu sem virkar á háhraða, sem dregur á áhrifaríkan hátt úr nafnafli eftir að rúmmálið er minnkað, sem bætir ekki aðeins skilvirkni heldur einnig endingartíma kerfisins.

5. Framúrskarandi NVH-árangur
• Mótorrotorinn notar sundurskipt hallandi stöngbyggingu, sem hámarkar á áhrifaríkan hátt NVH mótorkerfisins.

Í ljósi alþjóðlegrar „tvöfaldrar kolefnislosunar“ stefnu (kolefnistopp og kolefnishlutleysi) og hraðrar þróunar rafknúinna ökutækjaiðnaðarins (EV), hefur samstilltur varanlegi segulmótor (PMSM), sem einkennist af mikilli skilvirkni, þéttleika og mikilli aflþéttleika, orðið kjarnþáttur í drifkerfum nýrra orkutækja (NEV). Þessi grein mun greina ítarlega kjarnagildi og nýstárlegar stefnur PMSM frá sjónarhóli byggingarreglna, rafsegulfræðilegra eiginleika og tæknilegra nota.

I. Kjarnabygging PMSM: Samvinnuhönnun snúnings og stators

Kjarni PMSM samanstendur af stator (kyrrstæðum hluta) og rotor (snúningshluta). Samvinna þeirra hefur bein áhrif á afköst mótorsins.

Stator uppbygging
Líkt og í hefðbundnum ósamstilltum mótorum samanstendur statorinn af járnkjarna og þriggja fasa vafningum. Járnkjarninn er gerður með því að lagskipta kísilstálplötum til að draga úr tapi af völdum hvirfilstraums. Vafningarnar nota dreifðar vafningar (U/V/W þrír fasar), þar sem fjöldi snúninga og þversniðsflatarmál er fínstillt út frá aflþörf til að auka skilvirkni raforkubreytinga. Raufar (t.d. perulaga raufar, raufar með kringlóttum botni) í járnkjarna statorsins draga úr ölduhreyfingum í togi og bæta þannig sléttleika í rekstri.

Uppbygging snúningshluta
Mismunur á afköstum í PMSM-um stafar aðallega af gerðum snúningsrotora, með tveimur meginflokkum:

Yfirborðsfest PMSM (SPMSM): Varanlegir segular eru tengdir við yfirborð snúningshlutans, huldir með hlífðarhylki (t.d. kolefnisþráðum). Þessi hönnun einkennist af einföldum uppbyggingu og lágum kostnaði en hefur þröngt hraðabil sem veikir rafsegulsviðið, sem gerir hana hentuga fyrir lághraða aðstæður (t.d. rafmagnsrútur).

Innri PMSM (IPMSM): Varanlegir seglar eru innbyggðir í snúningsásnum (í V-laga, U-laga eða geislalaga röðun). Með því að nýta reltikustog til að aðstoða við afköst, víkkar það verulega hraðabilið sem veldur veikingu rafsegulsviðsins (allt að 2-3 sinnum grunnhraðinn) og eykur afsegulmótstöðu. Þessi gerð er algengasta valið fyrir rafknúin ökutæki (t.d. Tesla Model 3, BYD e-platform 3.0).

(Innri uppbygging mótorsins)

II. Virkni: Kjarni rafsegulfræðilegrar innleiðingar og togmyndunar

Virkni PMSM byggist á lögmáli Faradays um rafsegulfræðilega innleiðslu og víxlverkun segulpóla. Þegar þriggja fasa riðstraumur (AC) er settur á stator vafningana myndast snúningssegulsvið. Varanlegir seglar snúningsrótorsins (eða innbyggðir segulpólar) fylgja þessu snúningssviði vegna meginreglunnar um að „gagnstæðir pólar dragast að“ og ná þannig fram skilvirkri umbreytingu raforku í vélræna orku.

(Uppbyggingarmynd af mótor)

III. Tæknilegir kostir og byltingar í notkun í greininni

Í samanburði við rafmótora (IM) hafa PMSM helstu kosti:

Mikil skilvirkni: Þar sem engin örvunartap eru í snúningshlutanum (kopartap í snúningshlutanum nemur 20%–30% af IM-um) ná PMSM-um nýtni upp á 95%–97% (á móti ~85%–90% fyrir IM-um), sem dregur verulega úr orkunotkun rafknúinna ökutækja (aukið akstursdrægis um 10%–15%).

Mikil aflþéttleiki: Varanlegir segular bjóða upp á stöðuga loftbilsflæðistengingu án þess að þurfa örvunarstraum, sem dregur úr rúmmáli um 30% samanborið við millisegulmagnaða segulmagnaða ökutæki með sama afl — tilvalið fyrir strangar kröfur rafknúinna ökutækja um þéttleika.

Breitt hraðastillingarsvið: Í tengslum við vigurstýringu (Field-Oriented Control, FOC) skila IPMSM-einingar stöðugu togkrafti undir grunnhraða (0–10.000 snúninga á mínútu) og stöðugu afli yfir grunnhraða (með veikingu á reit til að auka hraða), sem nær yfir allar rekstraraðstæður frá lágum hraða til mikils aksturs.

Eins og er eru PMSM-kerfi mikið notuð í rafknúnum ökutækjum (t.d. 210 kW afturhjóladrifsmótor NIO ET7), iðnaðarvélmenni (nákvæmir servóstýringar), heimilistækjum (breytilegri tíðni loftkælingarþjöppum) og öðrum sviðum. Þau eru yfir 60% af markaðnum fyrir rafknúin ökutæki og þjóna sem mikilvægur tæknilegur stuðningur við markmiðið um „Dual Carbon“.

IV. Þróunarþróun framtíðarinnar: Samvinnunýsköpun í efnum og stjórnun

Tækniframfarir í PMSM eru að þróast í tvær megináttir:

Uppfærslur á efni: Notkun á sjaldgæfum jarðmálmum með varanlegum seglum með mikilli endurtekningu og lágum hitastuðlum (t.d. neodymium járnbór [NdFeB] N52), ásamt hönnun með „segmented magnet steel + magnetic circuit optimization“, til að draga úr áhættu á afmagnetisation við hátt hitastig (til að takast á við skerðingu á afköstum við aðstæður yfir 150°C).

Bestun stýrireiknirits: Samþætting gervigreindartækni við spálíkön (MPC) til að nema stöðu mótorsins í rauntíma (t.d. hömlun á flæðitengingu, hitastig vindinga) og aðlaga FOC breytur á kraftmikinn hátt, sem bætir enn frekar skilvirkni og áreiðanleika (markmiðið er að skilvirkni fari yfir 98%).

(Stjórnunarregla)

Niðurstaða

Sem „hjarta orkunnar“ í rafknúnum ökutækjum eru byggingarnýjungar og byltingar í PMSM stýritækni að knýja NEV ökutæki í átt að lengri drægni, meiri afli og meiri greind. Í framtíðinni, með hreinsun sjaldgæfra jarðefna, aðlögun að 800V háspennupöllum og vinsældum gervigreindarstýringar, munu PMSM halda áfram að leiða þróun nýsköpunar í drifkerfum.