超高转矩密度电机的设计

Edwin_Sun

先用个超高转矩密度来吸引大家的注意力~

最近有空看了几篇关于高转矩密度电机设计的文献，普通的永磁电机一般可以达到1Nm/kg的转矩密度，异步机略低；电动汽车中的永磁电机在峰值工作下能达到6Nm/kg左右，但是用的是油冷；如果有个很好的冷却，确实可以提高转矩密度；但是对于低速自然冷电机呢，转矩密度可以达到多少？

大家看看设计过的电机，转矩密度能达到个什么水平？

如果能达到非常高的转矩密度，采用什么样技术设计的呢？分数槽？整数槽？表贴永磁？内嵌永磁？

欢迎大家讨论！

zengxiaodong

6N.m/kg应该是很轻松可以达到，只用风冷就可以了。

alibabawkl

冷却方式对于驱动电机的峰值性能影响不大，主要影响的是持续功率。绕组的热容有限，热量来不及散

Edwin_Sun

zengxiaodong 发表于 2016-11-28 16:39
6N.m/kg应该是很轻松可以达到，只用风冷就可以了。

这个topic，我已经研究了几个月了，好像不是那么轻松

我期望的是自然冷却，而不是风冷或者油冷；pruis里面的混动是可以达到10的，用油冷呢

曾老师设计的自然冷却的电机能达到多少？我现在的target是自然冷却达到10Nm/kg，不知道能否达到？齿槽配合什么的有什么建议？

Edwin_Sun

alibabawkl 发表于 2016-11-28 19:26
冷却方式对于驱动电机的峰值性能影响不大，主要影响的是持续功率。绕组的热容有限，热量来不及散

我讲的就是持续转矩密度，而不是峰值转矩密度；我对峰值转矩要求不高，能达到30%到50%的过载就行了

不知道兄台有何建议？曾经做过的电机能达到多少？自然冷却条件下？

张老五

Edwin_Sun 发表于 2016-11-29 09:16
我讲的就是持续转矩密度，而不是峰值转矩密度；我对峰值转矩要求不高，能达到30%到50%的过载就行了

不 ...

先定义下“转矩密度”的概念
转矩是指持续还是峰值，如果是峰值，还要限定持续时间
重量指哪些部分，有效重量还是总重量

jyn2016

电机的功率密度和电机的转矩密度指的都应该是额定功率和额定转矩，体积为有效体积

limengde2001

做过一款低速直驱，不太大，额定状态10Nm/kg，机壳表面散热，风速在3-4m/s可以连续运行，回过头细想还有较大优化空间。
但是如果做自然冷却，热负荷必须降低，还要做到10Nm/kg，感觉会很难。不知道有人做到没？

limengde2001

主要措施：1.内嵌切向磁路，把气隙磁密做高；2.适当提高各部分磁密，槽开大，降低电密，减少发热；3.结构设计减重

zengxiaodong

假设一台100万牛米的直驱风力发电机，怎么也不会有100吨重吧（有效部分），转矩密度不就是10牛米每公斤！

zengxiaodong

极数尽量增加，使得电机“空心化”，则转矩密度越来越高！

yayay2010

前段时间微信群里面转发的一个标准，可以参考下《“新能源汽车”试点专项 2017 年度项目申报指南 》
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2.2 高效轻量高性价比电机技术及产业化（重大共性关键 技术类）

研究内容：研究高速、高效、轻量化电机的设计与工艺技 术、液冷与密封技术、高压安全及防护技术；研究转矩脉动、 噪声振动、电磁兼容、可靠性与耐久性等性能优化技术。面向 集中驱动的新能源乘用车和商用车动力系统应用需求，开发高 性价比的关键零部件和电机产品。

考核指标：乘用车电机峰值功率密度≥4kW/kg（≥30 秒）， 连续功率密度≥2.5kW/kg，电机最高效率≥96%，装车应用不低于 25000 台；商用车电机峰值转矩密度≥20Nm/kg（≥60 秒）， 连续转矩密度≥11Nm/kg，电机最高效率≥96%，装车应用不低于 5000 台。

Edwin_Sun

limengde2001 发表于 2016-11-29 19:38
主要措施：1.内嵌切向磁路，把气隙磁密做高；2.适当提高各部分磁密，槽开大，降低电密，减少发热；3.结构设 ...

内嵌磁钢倒是可以增加一些转矩密度，但是就是加工复杂，需要加工很多燕尾槽，线切割的费用不便宜啊，所以现在倾向于表贴；

你们用什么极槽配比？额定转速多少？有没有斜槽什么的降低转矩脉动？

Edwin_Sun

yayay2010 发表于 2016-11-29 19:58
前段时间微信群里面转发的一个标准，可以参考下《“新能源汽车”试点专项 2017 年度项目申报指南 》
----- ...

油冷倒是问题不大的，prius的电机就已经能够达到10Nm/kg了，现在是自然冷却呢？而且好多纯电动汽车的电机，一般配一个减速齿轮，速度高了，冷却好，做到11问题也不大

Edwin_Sun

zengxiaodong 发表于 2016-11-29 19:55
极数尽量增加，使得电机“空心化”，则转矩密度越来越高！

极数多，转子轭部倒是可以减少，但是太多了，过载性能便满足不了，因为永磁的厚度受限了

Edwin_Sun

张老五 发表于 2016-11-29 13:28
先定义下“转矩密度”的概念
转矩是指持续还是峰值，如果是峰值，还要限定持续时间
重量指哪些部分，有 ...

一般指有效，额定持续

我记得之前在一些帖子里给你解释过的呢

Edwin_Sun

jyn2016 发表于 2016-11-29 13:48
电机的功率密度和电机的转矩密度指的都应该是额定功率和额定转矩，体积为有效体积

同意兄台定义，兄台可有何建议？

Edwin_Sun

zengxiaodong 发表于 2016-11-29 19:49
假设一台100万牛米的直驱风力发电机，怎么也不会有100吨重吧（有效部分），转矩密度不就是10牛米每公斤！

风电里的直驱电机，倒是强迫风冷偏多

曾老师可有具体的数据？

增加定子外径，做成扁平，是书本上常写的增加转矩密度的方法，但是有些场合，定子外径是受限的

limengde2001

Edwin_Sun 发表于 2016-11-29 21:02
内嵌磁钢倒是可以增加一些转矩密度，但是就是加工复杂，需要加工很多燕尾槽，线切割的费用不便宜啊，所以 ...

几十转，分数槽，不用斜槽

pzf414049413

要求超高转矩密度，还要求自然冷却，设计的时候温升的指标会很难平衡，建议材料方面用高温的，H级以上。降低铜耗，