Động cơ điện tốc độ cao mới giúp giải quyết các vấn đề về xe điện

Động cơ điện này được tối ưu thiết kế từ AI và sử dụng ít vật liệu hiếm trên trái đất.
Động cơ điện tốc độ cao mới giúp giải quyết các vấn đề về xe điện
Các nhà nghiên cứu của UNSW đã chế tạo ra động cơ điện nhanh nhất thế giới. Nguồn: UNSW

Các nhà nghiên cứu tại Đại học New South Wales Sydney đã phát triển một động cơ điện mới có thể quay 100.000 vòng mỗi phút. Mật độ công suất cao đạt được nhờ thiết kế mới này có thể giúp giảm trọng lượng của xe điện (EV) và do đó tăng phạm vi hoạt động của chúng, một thông cáo báo chí của trường đại học cho biết.

Các nhà sản xuất xe điện trên toàn thế giới đã và đang tìm cách giải quyết nỗi lo về phạm vi hoạt động của các phương tiện chạy bằng pin của họ. Một trong những lựa chọn là tăng kích thước của bộ pin, điều này cũng làm tăng trọng lượng của xe, tạo ra nhiều vấn đề cần giải quyết hơn.

Một lựa chọn khác là giảm trọng lượng của động cơ điện và cách làm là tăng tốc độ của chúng. Một động cơ quay ở tốc độ cao có thể bị thu nhỏ kích thước, điều này có thể làm giảm không chỉ trọng lượng mà còn giảm tiêu thụ năng lượng của nó. Khi được áp dụng cho một chiếc EV, nó có thể giúp tăng phạm vi với cùng một bộ pin.

Chương trình tối ưu hóa được hỗ trợ bởi AI
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bên trong thông thường (IPMSM), được sử dụng bởi EV trong bộ truyền động lực kéo của chúng, nhúng nam châm vào rôto của chúng để tạo ra mô-men xoắn mạnh. Tuy nhiên, độ bền cơ học thấp của cầu sắt hạn chế tốc độ tối đa của chúng. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một cấu trúc liên kết rôto mới không chỉ tăng cường độ mạnh mẽ của động cơ mà còn giảm 70% vật liệu đất hiếm cần thiết để sản xuất nó.

Các nhà nghiên cứu tại UNSW đã sử dụng một chương trình tối ưu hóa hỗ trợ trí tuệ nhân tạo (AI) để đánh giá một loạt các khía cạnh như điện, từ, cơ và nhiệt để tối ưu hóa thiết kế động cơ điện.

Được phát triển nội bộ, chương trình đã đánh giá 90 thiết kế như vậy và sau đó chọn ra 50% hàng đầu trong số đó để tạo ra các thiết kế mới, và quá trình lặp đi lặp lại được lặp lại cho đến khi đạt được mức tối ưu mong muốn. Động cơ cuối cùng được các nhà nghiên cứu sử dụng là thế hệ thứ 120 đã được chương trình phân tích.

Những gì họ đạt được là tốc độ tối đa tuyệt đối 100.000 vòng/phút và mật độ công suất cực đại là 7kW mỗi kg. Đây cũng là gấp đôi kỷ lục tốc độ cao hiện có của nhiều lớp (IPMSM), được sử dụng trong các ổ kéo của xe điện, khiến nó trở thành IPMSM nhanh nhất từng được chế tạo.

Động cơ có thể được sử dụng như thế nào?
Guoyu Chu, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ đã làm việc trong dự án cho biết: “Đối với một động cơ xe điện, chúng tôi thực sự sẽ giảm tốc độ đi một chút, nhưng điều đó cũng làm tăng sức mạnh của nó”. "Chúng tôi có thể mở rộng quy mô và tối ưu hóa để cung cấp công suất và tốc độ trong một phạm vi nhất định, ví dụ: động cơ 200kW với tốc độ tối đa khoảng 18.000 vòng/phút hoàn toàn phù hợp với các ứng dụng EV".

Ngoài EV, động cơ có thể được sử dụng trong các hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) lớn sử dụng máy nén tốc độ cao cũng như máy CNC có độ chính xác cao. Động cơ cũng có thể được triển khai bên trong động cơ máy bay như một Máy phát điện truyền động tích hợp (IDG) để cung cấp năng lượng cho các hệ thống điện. Các nhà nghiên cứu tự tin rằng động cơ của họ có thể nhanh chóng được thương mại hóa, đưa những ưu điểm của nó ra thị trường sớm hơn chúng ta có thể dự đoán.

Minh Khang
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM