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电机革新!新电动涡轮机比其他电动机转矩大2-3倍

学术研究2020.03.12
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自从1886年到1889年间尼古拉·特斯拉用现代三相四极感应电机为自己的发明申请专利以来,电机几乎没有什么变化。虽然所有的电动机都由相似的基本部件组成——铜线线圈(称为绕组)和磁铁——但这些部件相互作用的方式略有不同。在径向磁通电机中,一个部件在另一个部件内旋转。在轴向磁通设计中,各部件相互旋转,就像两个飞轮夹在一个中心的固定板上。


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通常,产生更多扭矩的方法是向电机输送更多电流或制造更大的电机。弗雷德·洪斯布尔(Fred Hunstable)和他儿子布拉德·洪斯布尔(Brad Hunstable)的线性实验室Linear Labs发现了另一种方法:在单个电机中结合轴向和径向磁通设计。

Hunstable Electric Turbine(HET)是围绕一个定子的四个转子。中心转子在定子内部旋转,产生一个磁通源。第二个转子在定子外旋转,产生第二个磁通源。另外两个转子位于定子的左端和右端,基本上构成了一个自动对焦电机。这是另外两个流动源,总共四个。它本质上是两个同心的径向电动机,由两个轴向电动机组成。

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Hunstables声称,他们的电动涡轮机在给定的体积内能产生更多的转矩,并且所有的转矩都朝着转子运动的方向移动,比任何其他的电动机都要大两到三倍的转矩。

此外,通过使用插入定子磁极的离散矩形线圈,HET需要的铜比类似尺寸的电机少30%。这种设计还消除了端部绕组——在典型的电机中,位于定子外部的铜的长度,产生了浪费的磁场和热量。

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目前的电动汽车发动机转速比车轮快得多,因此大多数电动汽车使用减速齿轮将转速为几千转/分的发动机与转速为1到1800转/分的车轮连接起来。如果HET以与车轮转速相匹配的转速产生必要的扭矩,理论上汽车制造商可以放弃减速齿轮,减轻重量,提高动力系统效率。

布拉德说,测试表明,在直接驱动配置的HET工作,通常由一个6:1减速齿轮箱,这是有可能的比率更高。重量的减轻——HET的运行速度降低意味着电子产品越来越少、越来越轻——效率的提高可以用来减小电池的体积,从而减轻车辆的重量。

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HET还可以接管一个称为DC/DC升压变换器的部件的作用,在某些电动汽车中使用,在这种情况下,车辆需要以扭矩换取马力,例如在高速公路高速加速时。通过这样做,它们会消耗额外的能量。

一般来说,强调性能的电动汽车使用的是升压转换器,比如特斯拉Model S,而强调效率的电动汽车则不是,比如现代的Ioniq EV。

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Linear Labs表示,HET通过改变四个转子中一个或多个转子的相对位置来完成DC/DC升压变换器的工作,类似于ICE上的可变凸轮系统,根据负载需要改变位置。结合额外的扭矩,减轻重量和复杂性可能没有变速箱或增压转换器,以及更轻的辅助设备。Linear Labs声称,HET可以增加10%的范围。

目前,Linear Labs已与一家Scooter制造商,还有瑞典电力驱动系统公司Abtery达成协议,并与一家未具名的公司设计了一款将在两年内发布的,使用四个HET的超级跑车。


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