Os engenheiros da UNSW construíram um novo motor de alta velocidade que tem o potencial de aumentar o alcance dos veículos elétricos.
O projeto do motor protótipo do tipo IPMSM foi inspirado no formato da maior ponte ferroviária da Coreia do Sul e atingiu velocidades de 100.000 rotações por minuto.

A potência e velocidade máximas alcançadas por este novo motor excederam e dobraram com sucesso o recorde de alta velocidade existente de IPMSMs laminados (Motor Síncrono de Ímã Permanente Interior), tornando-o o IPMSM mais rápido do mundo já construído com materiais de laminação comercializados.

Mais importante ainda, o motor é capaz de produzir uma densidade de potência muito alta, o que é benéfico para os EVs na redução do peso geral e, portanto, maior alcance para qualquer carga.

A nova tecnologia, desenvolvida por uma equipe liderada pelo Professor Associado Rukmi Dutta e Dr. Guoyu Chu da Escola de Engenharia Elétrica e Telecomunicações da UNSW, é uma melhoria nos IPMSMs existentes, que são predominantemente usados ​​na tração de veículos elétricos.

Um motor do tipo IPMSM possui ímãs embutidos em seus rotores para criar um torque forte para uma faixa de velocidade estendida. No entanto, os IPMSMs existentes sofrem de baixa resistência mecânica devido às pontes de ferro finas em seus rotores, o que limita sua velocidade máxima.

Mas a equipe da UNSW patenteou uma nova topologia de rotor que melhora significativamente a robustez, ao mesmo tempo em que reduz a quantidade de materiais de terras raras por unidade de produção de energia.

Conectando o futuro

O novo projeto é baseado nas propriedades de engenharia da ponte ferroviária Gyopo, uma estrutura de arco duplo na Coreia do Sul, bem como uma técnica de distribuição de tensão mecânica baseada em curva composta.

E a impressionante densidade de potência do motor oferece potencialmente melhor desempenho para veículos elétricos onde o peso é extremamente importante.

"Uma das tendências para os veículos elétricos é que eles tenham motores que girem em velocidades mais altas", diz o Dr. Chu.

"Todo fabricante de EV está tentando desenvolver motores de alta velocidade e a razão é que a natureza da lei da física permite que você diminua o tamanho dessa máquina. E com uma máquina menor, ela pesa menos e consome menos energia e, portanto, que dá ao veículo um maior alcance.

"Com este projeto de pesquisa, tentamos atingir a velocidade máxima absoluta e registramos mais de 100.000 rotações por minuto e a densidade de potência de pico é de cerca de 7kW por quilograma.

"Para um motor de veículo elétrico, reduziríamos um pouco a velocidade, mas isso também aumenta sua potência. Podemos dimensionar e otimizar para fornecer potência e velocidade em uma determinada faixa - por exemplo, um motor de 200 kW com uma velocidade máxima de cerca de 18.000 rpm que se adapta perfeitamente às aplicações EV.

"Se um fabricante de veículos elétricos, como a Tesla, quisesse usar este motor, acredito que levaria apenas de seis a 12 meses para modificá-lo com base em suas especificações.

"Temos nosso próprio pacote de software de design de máquina, onde podemos inserir os requisitos de velocidade ou densidade de potência e executar o sistema por algumas semanas, o que nos dá o design ideal que atende a essas necessidades."

O novo motor protótipo do IPMSM foi desenvolvido usando o próprio programa de otimização assistida por IA da equipe UNSW, que avaliou uma série de projetos para uma variedade de aspectos físicos diferentes, como elétricos, magnéticos, mecânicos e térmicos.

O programa avalia 90 projetos em potencial e, em seguida, seleciona os 50% melhores de opções para gerar uma nova gama de projetos e assim por diante, até que o ideal seja alcançado. O motor final é a 120ª geração analisada pelo programa.

Além do veículo elétrico, o motor tem muitas outras aplicações potenciais. Um deles são os grandes sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) que exigem compressores de alta velocidade para usar uma nova forma de refrigerante que reduz significativamente o impacto no aquecimento global.

Também pode ser utilizado em máquinas CNC de alta precisão que são altamente exigidas pelas indústrias de aviação e robôs. A tecnologia de motor de alta velocidade UNSW pode permitir que essas máquinas CNC de alta precisão fresem ou furem com diâmetros mínimos.

Outra aplicação é como um IDG (Integrated Drive Generator) dentro de um motor de aeronave para fornecer energia elétrica para sistemas de aeronaves.

O novo motor da equipe UNSW também oferece uma vantagem de custo significativa em relação à tecnologia existente e usa menos materiais de terras raras, como neodímio.

"A maioria dos motores de alta velocidade usa uma luva para fortalecer os rotores e essa luva geralmente é feita de material de alto custo, como titânio ou fibra de carbono. A luva em si é muito cara e também precisa ser encaixada com precisão e isso aumenta o custo de fabricação do motor", diz o Dr. Chu.

"Nossos rotores têm uma robustez mecânica muito boa, então não precisamos dessa manga, o que reduz o custo de fabricação. E usamos apenas cerca de 30% de materiais de terras raras, o que inclui uma grande redução no custo do material - tornando nosso alto motores de alto desempenho mais ecológicos e acessíveis." + Explorar mais

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