（纳闻记者赵晓辉报导）
新南威尔士大学 (UNSW) 的一组研究人员开发了一种新的破纪录高速电机，可以提高电动汽车 (EV) 的续航里程。
新电机是使用商业化层压材料制造的最快的内部永磁同步电机 (IPMSM)，速度达到每分钟 100,000 转，是以前所有层压 IPMSM 高速记录的速度的两倍。
IPMSM 的功能使用额定扭矩——可用于推动转子（电机中的运动部件）围绕轴产生动力的最大连续力。 该力由嵌入钢转子中的永磁体产生。
当前 IPMSM 的最大速度受到限制，因为其转子中的铁桥会导致电机的机械强度较低。
然而，新南威尔士大学的团队通过开发一种新的转子拓扑提高了 IPMSM 的机械稳健性。 新的转子设计还降低了单位发电量所需的稀土材料量。
该团队由 Assoc 领导。 UNSW电气工程与电信学院的Rukmi Dutta教授和Guoyu Chu研究员从韩国的Gyopo铁路桥获得了电机设计的灵感，该桥具有双系杆拱结构和基于复合曲线的机械应力分布技术.
新型 IPMSM 电机的设计灵感来自韩国 Gyopo 的双系拱形铁路桥。 （图由朱国友博士提供。新南威尔士大学提供给）提高机械强度
在给的一封电子邮件中，联合负责人楚说，转子具有出色的机械强度的原因有三个。
首先，转子结构机械坚固，已在土木工程中成功实施和验证。 其次，该团队为IPMSM转子的机械强度建立了一个非常精确的分析模型。
“深入分析帮助我们修改双系拱结构并将其集成到转子设计中，”楚说。
最后，使用基于遗传算法的多物理场和多目标优化包对转子的设计进行了优化。
“这个新南威尔士大学开发的高级优化包有助于在转子的电磁和机械设计问题之间找到最佳平衡，”他说。
优化包评估了 90 个设计并提名了其中 50% 的最佳设计； 从这个选择中，该程序产生了一系列新的设计。 优化程序重复此过程，直到达到最佳设计，就该电机而言，该设计是程序分析的第 190 代。
该设备对电动汽车意味着什么
“电动汽车的一个趋势是让电机以更高的速度旋转，”朱在新南威尔士大学的新闻发布会上说。
“每个电动汽车制造商都在努力开发高速电机，原因是物理定律的性质允许你缩小机器的尺寸。”
Chu通常说，IPMSM越大，额定扭矩越大，IPMSM的功率等于额定扭矩乘以速度——转子转动的速度。
“因此，更高的速度意味着具有特定额定功率的 IPMSM 的扭矩要求更低，从而导致电机尺寸更小，”Chu 说。
“使用更小的机器，它的重量更轻，消耗的能量更少，因此车辆的续航里程更长。”
2013 年 8 月 22 日，荷兰蒂尔堡特斯拉汽车工厂装配线上的全电动特斯拉汽车。（Guus Schooneville/AFP/Getty Images）功率密度
重要的是，新的高速电机可以产生非常高的功率密度，从而减轻电机的重量，这对电动汽车很有用，因为它可以增加任何给定充电的续航里程。
“高速有助于减小电机以及逆变器的尺寸和重量。 减轻的重量有助于降低能耗； 减小的尺寸将允许将更多的电池放入电动汽车中，”Chu 解释说。
“此外，如果整个传动系统可以针对高速电机进行优化，系统效率也可能会提高。”
改变电动汽车的电机
朱指出，研究人员试图通过该项目达到他们可以达到的绝对最大速度，记录“每分钟超过 100,000 转”，峰值功率密度为“每公斤约 7kW”。
他说，对于电动汽车，团队将通过稍微降低速度来增加电机的功率。
“我们可以扩展和优化以在给定范围内提供功率和速度——例如，一个 200kW 电机，最大速度约为 18,000 rpm，非常适合 EV 应用，”他说。
他说，如果一家电动汽车制造商想在他们的汽车中使用这种电机，他相信只需要六到十二个月的时间来修改电机以满足他们的规格。
“我们有自己的机器设计软件包，我们可以在其中输入速度或功率密度的要求，并让系统运行几周，它为我们提供了满足这些需求的最佳设计。”
2010 年 11 月 30 日，通用汽车工人在底特律组装雪佛兰 Volt 混合动力电动汽车。（Bill Pugliano/Getty Images）电机的其他应用
除了在电动汽车中的使用之外，这种新电机还有许多潜在的应用。 例如，这种高速电机可以使在航空和机器人行业备受追捧的高精度计算机数控 (CNC) 机器能够以最小的直径进行钻孔或铣削。
该电机还可用于大型供暖、通风和空调 (HVAC) 系统，这些系统为了使用更环保的新型制冷剂，需要高速压缩机。 另一种可能的应用是作为 IDG（集成驱动发电机），从机器发动机内部为飞机系统提供动力。
此外，该电机比目前的技术更便宜，并且需要更少的稀土材料，例如钕。
“大多数高速电机使用套筒来加强转子，而套筒通常由钛或碳纤维等高成本材料制成，”Chu 说。
他指出，套筒非常昂贵，需要精确安装，这增加了电机的制造成本。
“我们的转子具有非常好的机械强度，所以我们不需要那个套筒，这降低了制造成本，”他说。
“而且我们只使用了大约 30% 的稀土材料，这包括材料成本的大幅降低——从而使我们的高性能电机更加环保且价格合理。”
