Equipmake
英国初创公司 Equipmake 开发了一种辐条电机(spoke motor),其中永磁体像辐条一样排列在电机的中心轮毂上。据称,其辐条电机可以连续产生峰值功率的近 70%。
Equipmake 的常务董事 Ian Foley 表示,Equipmake 辐条电机比标准电机封装尺寸更小、制造成本更低,提供了出色的扭矩、功率密度和冷却能力。Equipmake 声称,辐条电机的体积约为传统轴向磁通电机的 50%,而质量则为其 80%。
通过将磁体与轮毂布置成 90 度,并在每个辐条之间叠置,可以减少磁性材料的数量。这可以在扭矩相同下,磁体材料减少 25%,反之亦然。Equipmake 电机的功率密度为 9kW/kg,相比之下,西门子 2015 年破纪录的电动航空电机的功率密度为 5kW/kg。
磁体就位于轮毂的顶部,因此减少了在轮毂内水冷的难度。运转温度较低的电机也意味着不再需要昂贵的高温磁体,因此使用了较低浓度的稀土材料,可以降低成本而不影响性能。
Equipmake APM200 电机将首先部署在 2020 Ariel HiPerCaR 上,这是一款混合动力跑车,能够在赛道上连续高速行驶 15 分钟。每个车轮将安装 4 个 220kW 电机,以实现扭矩矢量化。
最近 Equipmake 与 HiETA Technologies 合作开发了代号为 AMPERE 的下一代电机。该项目小组目的是生产一种峰值功率密度超过 20kW/kg 的轻便、高效/低成本的电机。AMPERE 采用增材制造技术,其金属结构可以进行 3D 打印,而不是从实心坯料上铣削而成。这种方法可以最大程度地减少磁铁所需的高强度合金和昂贵材料的数量。
Equipmake 和 HiETA 的目标是在 30,000rpm 时达到 220kW 的峰值功率,重量小于 10 kg。相比之下,Equipmake 的 APM 125 使用该公司的辐条架构来最大化冷却能力,在 12,000rpm 时提供 125kW 的峰值功率,重量为 14kg,功率密度不到 9kW/kg。
第一批 AMPERE 原型将在 12 个月内投入使用。
HET
Linear Lab 最近完成了 450 万美元的融资,将用于新的技术中心并雇用更多的工程师。该公司正在推广他们的 HET(Hunstable Electric Turbine),该涡轮机在定子中安装了更高效的磁体,可实现的扭矩是其他永磁电机的十倍,因此可以取消传动装置。
为了支持高速应用场景,电机必须通过减小感应电机中的励磁电流或注入反向电流(或 D 轴电流注入)来通过“磁场弱化”来平衡扭矩以输出功率。这些需要功率电子设备,并且仍然会导致效率下降。
而 Linear Lab 的概念旨在使用单边转子旋转的磁铁,削弱了定子中的磁场,从而无需使用 DC-DC 就可提高磁场,并将 D 轴电流注入电机,进一步提高电机的效率,包括在高速运行状态。
而且,通过使用电控,Linear Lab 表示,其电机概念可以在多相上运行,而常规永磁电机仅限于三相、六相或九相。他们说,不需要冗余的额外电机,通过关闭同一电机中的一个相,就可以确保可靠性。尽管汽车系统经常需要冗余,但此功能还针对其他行业,例如可再生能源中的风力涡轮机,应急响应人员使用的水泵以及医疗应用领域中的泵。
Linear Lab 主张通过减少或取消对功率电子设备和变速箱的需求,可大大减少电动车的部件数量、重量和成本。它还声称与现有电机相比,功率输出(x2)、功率密度(x3)和效率(提高了 10%)都有所提高。但是,有关其电机控制的专利仍在申请中。
Magnax
比利时初创公司 Magnax 开发了一种无磁轭轴向永磁电机(yokeless axial flux motor),其峰值功率密度为 15kW/kg,连续额定功率约为 7.5kW/kg。它使用的定子盘夹在两个转子盘之间,中间有很小的空隙。
与更常见的轴向磁通设计相比,无轭轴向永磁电机的优点是磁通路径更短,磁体位于远离轴的位置,从而带来更高的效率和杠杆作用。
轴向磁通设计在绕组上没有悬环,从而降低了材料成本并提高了效率。在 Magnax 的概念中,100% 的绕组处于活动状态,而在轴向磁通电机可能降至 50%,从而增加了额外的电阻并导致热量积聚。通过使用矩形截面的铜线,可进一步提高铜的密度。
在以前的轴向磁通电机中,作用在转子和定子盘之间的强大磁力使保持恒定气隙变得非常困难。该区域中的任何偏转都可能导致相互摩擦,从而导致灾难性故障。Magnax 使用两个转子盘,它们不断向定子盘上施加相等和相反的力。转子通过轴环直接彼此连接,因此磁力相互抵消,内部轴承无需处理它们。
与任何大功率电机一样,冷却都是至关重要的。由于定子绕组被夹在转子盘之间,因此轴向磁通设计往往会受到影响。为了解决这个问题,Magnax 使绕组与铝外壳直接接触,从而优化了热传递。
塑料电机
Fraunhofer ICT(Institute for Chemical Technology)和 KIT(Karlsruhe Institute of Technology)的研究人员已经开发出一种新的冷却概念,允许将塑料用作电机的外壳材料。
当前的冷却方法包括在定子外围加一层水冷套。通过在定子中使用矩形布线而不是圆形布线,定子中有更多的空间用于冷却通道,可以不需要冷却套。冷却使电机能够以更高的速度运行并提供更高的功率输出。
除了减少定子中的热量外,该团队还使用了增强纤维的硬质塑料,这些塑料具有较高的耐热性与对冷却剂的耐热性。与热塑性塑料不同,它们与化学品接触时不会膨胀。塑料成本较低,并且易于成型制造,还可以降低设备重量,并提高功率密度。
YASA
英国初创公司 YASA 是轴向磁通电机和控制器的开发商和制造商。YASA 在 2018 年已获得 1500 万英镑(2000 万美元)的融资,并最后将其总投资提高至 3500 万英镑(合 4630 万美元)。
捷豹、陆虎、日产和威廉姆斯已将这些电机用于赛车应用以及柯尼塞格的插混车型也采用了YASA电机。YASA还与多家汽车制造商签署了新的长期供应合同。
2 年前,YASA 在牛津建设的新的组装厂已投入运营,年生产能力为 100,000 台。
YASA 已与一家主要 OEM(但未公开)签署了一项协议,共同开发电动动力总成解决方案。
最近推出的法拉利 SF90 Stradale 使用了 112kW YASA 电机来增加 4.0 升涡轮增压 V8 发动机的驱动力,以驱动后轴。
2019 年 9 月,YASA 完成了另外一笔 1800 万英镑(2220 万美元)的融资。
AEM
纽卡斯尔大学的附属公司 Advanced Electric Machines(AEM)开发了 HDSRM(High-Density Switched Reluctance Machine),以及用于 6 相和 9 相电动机的设计,预计最早将于 2023 年或更晚推出。
与感应电机一样,开关磁阻(Switched Reluctance)电机也不使用永磁体。不使用磁体的优点是,永磁体使用昂贵的稀土材料,并且如果温度达到 150°C,就会出现消磁现象。
AEM 的目标是可以支持混合动力总成,让电机可以安装在靠近内燃机的地方,并可以从同一水路进行冷却。
但是与需要特殊定制电子设备(限制高转矩脉动、噪声并提高效率)的现有 SR 电机不同,AEM 的设计可与现成的电机逆变器一起使用,从而降低了成本。
当这款电机用铝代替铜绕组时性能也不会降低,从而更易于回收。
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