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开关磁阻电机海外玩家:Turntide和AEM

2024-08-26 08:30:46 汽车知识 bianji01

 

随着电动汽车日益普及,电机作为关键部件也得到了更多的关注,而除了直流电机、无刷直流电机之外,开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,或SRM)受到的关注也在与日俱增。

事实上,开关磁阻电机的概念已经有180年历史。相较于其他类型电机,开关磁阻电机结构简单、制造成本低、适于高速运行,被很多人视为下一代电动汽车电机的有力竞争者。此外,对于稀土材料储量不丰富的国家来说,开关磁阻电机是确保供应链安全的重要选择。因此,相比之下,海外企业在开关磁阻电机的研发进度较快,比如美国Turntide公司和英国Advanced Electric Machines公司。

Turntide

美国Turntide公司成立于2003年,原名为Software Motor Company,旨在研发可以降低能源消耗和运营成本的可持续突破性技术。

目前,Turntide提供全面的电气化能力,为最关键的行业和商用车提供一站式的动力系统、智能、效率和控制,帮助实现全球净零排放目标。随着进一步为运输市场开发电机技术,该公司致力于使电动汽车不再需要稀土磁铁。

Turntide获得专利的智能电机系统围绕开关磁阻电机设计,能够实现智能自动化和云端互联,并且只有一个活动部件,即一个在可切换磁场中转动的实心钢转子。

图片来源: Turntide

Turntide智能电机系统由三大部分组成:电机、控制器和云。给线圈通电,产生磁通拉动转子,最终产生转矩。从设计角度来看,该系统可适应不同的速度,并优化不同速度下的效率。控制器是电机的数字大脑,能精确地将电流切换到电机,每秒可达20,000次,以保持电机平稳运动和旋转。此外,控制器还可将电机连接到其他应用程序或平台。

Turntide智能电机系统收集并集成来自控制器、云和第三方系统的传感器和执行器数据,以了解电机及其环境,并确定最佳电机转速,最大限度地减少浪费。在云端,可以查看有关电机运行的所有数据,从建筑物状况、能源使用到维护警报。Turntide称,其智能电机系统是一个简单的替代品,可以显著降低能源使用。

去年6月,Turntide宣布成立Turntide Transport部门,专注于在商用交通领域实现智能电机系统的现代化,通过结合自研技术和通过收购获得的技术,Turntide Transport希望成为一站式动力系统平台供应商,包括电池组、电力电子产品、电机和互联智能,加速客户在电动化未来进入市场的时间。

Turntide获得了加拿大养老金计划投资委员会(CPP)、比尔盖茨创立的清洁技术风险基金Breakthrough Energy Ventures、亚马逊气候承诺基金(Amazon Climate Pledge Fund)等的投资,并且开始将此技术应用在建筑业领域,为亚马逊、宝马和Five Guys等公司在内的客户平均节省了64%的能源。而Turntide Transport也开始正式运营,全球客户包括阿斯顿马丁、日立铁路(Hitachi Rail)、JCB和大众旗下MAN品牌。

AEM

英国电机初创公司Advanced Electric Machines(AEM)是于2017年从纽卡斯尔大学的电机研究团队分离出来,由James Widmer担任首席执行官和Andy Steven担任首席技术官。该公司曾宣布,其已研发出世界上最可持续的电动汽车电机。该公司的电机产品不含稀土磁体和铜绕组,在保证性能和效率的同时,不会对环境产生负面影响。

该公司的产品主要包括两个系列的开关磁阻电机:针对商用车的HDSRM系列,和针对乘用车的 SSRD 系列。其中,与领先的乘用车永磁电机相比, SSRD在减重35%的基础上可以增加超过50%的动力。

HDSRM电机与大多数电动汽车传动系统使用的标准电力电子设备一起运行,而且该公司专利技术还确保运行安静,扭矩脉动最小。

据说,HDSRM电机的性能能够媲美相同尺寸的领先永磁电机,同时提供更高的效率。该系列结构兼顾,不会因为过热而退磁。与其他技术相比,这些优势可以带来更长的续航里程和更低的传动系统成本。

AEM目前提供三种配置的HDSRM电机,并已向客户交付产品。标准版重75公斤,液冷,可提供高达214kW的峰值功率和380Nm的峰值扭矩。第二个版本将扭矩增加到520Nm和峰值功率增加到166kW;第三款最小,重25公斤,峰值扭矩为100Nm,峰值功率为50kW。

而这些模块化电机可以扩展到更高的功率和扭矩水平。另外,数个HDSRM电机可以组合,以提供更灵活的功率和扭矩能力以及更广泛的峰值效率区域。该系列产品也可以与内燃机配合使用,作为混合动力汽车的电机和发电机。AEM还开发了一款变速箱,可由多达3台HDSRM电机驱动,最大扭矩输出可达4,200Nm。

SSRD;图片来源:AEM

AEM表示,用于乘用车的SSRD电机的性能水平已经达到了2035年的行业目标。该系列产品的功率密度可高达每升29千瓦,比永磁电机高10倍以上;峰值功率可以从单电机的125kW到轻型电轴的600kW。与永磁电机相比,该系列产品的材料成本更低,具有成本效益。AEM表示,与目前的标准驱动循环相比,其产品的效率可能提高10%,而且可回收性达到100%。

重要的一点是,HDSRM和SSRD电机不再需要钕和镝等对环境有重大影响的稀土材料,并且可以在一定程度上避免供应链安全问题。

除此之外,传统永磁电机也需要铜绕组。在电机寿命结束时,铜必须从电机中取出,然后再回收,而这是一个困难而昂贵的过程。AEM的电机仅由钢和铝制成,可以快速、经济、完全地回收。

2021年4月,AEM表示其现有生产设施可以规模化生产12,000余台电机,以满足近期需求,希望未来将其产能提高到每年至少10万台。为了满足长期需求,全球扩张的工作也在进行中。 

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