汽车电气化的历史使

发布的弗兰Hanejko- 2022年12月22日

尼古拉·特斯拉和托马斯·爱迪生是与创新和发现产生共鸣的名字。尽管他们有着与生俱来的创造力,但他们追求不同的方式来让世界通电。爱迪生推广的是直流电,特斯拉推广的是交流电。最终,特斯拉关于交流电的理论被证明是电气化的首选解决方案。由于这一点和他在电气工程方面的经验,他开始创造一种只靠交流电源而不需要电刷的电机。特斯拉的目标是开发一种更可靠、更高效的电机,能够精确控制转速和扭矩——这是其他电机从未实现过的。

1882年,刚刚从精神崩溃中恢复过来的特斯拉在散步时想到了无刷交流电机的想法,他在泥土中勾勒出了它的固定和旋转电磁元件。经过广泛的研究和实验,他终于在1888年发明了他的无刷交流电机。他当时并不知道,这将成为史上十大发明之一,点燃了一场工业革命,使现代生活成为可能。

他设想在转子上使用磁铁和在转子上不使用磁铁,这后来成为同步交流电机和异步感应电机的基础——它们串联工作以产生电力,而不依赖于它们之间的任何物理连接。通过控制电流的频率和强度,特斯拉可以以前所未有的精度精确调节速度和扭矩。

直到现在,径向磁通电机成为了主要的电机选择,然而,在特斯拉的另一个闪光中,他合理化了轴向磁通电机的潜力,并于1889年申请了专利。正如我们今天所看到的那样,轴向磁通显示了效率和扭矩的改进,然而,这种轴向设计的可制造性阻止了它在工业上的大规模应用。

汽车的早期——为什么电动汽车不再流行?

第一辆电动汽车是在1832年开发出来的,但直到19世纪70年代电动汽车才变得实用。直到20世纪20年代,随着原油和T型车的生产,它们一直是主要的交通工具选择。

在20世纪初,有三种可供选择的推进方式:汽油、蒸汽和电力。在此期间,它们各自的市场份额大致相当。

汽油发动机噪音很大,很难启动,普通大众经常被这些噪音很大的机器吓一跳。蒸汽是不利的,因为它需要20-30分钟才能在驾驶前建立足够的蒸汽压力,更不用说被热蒸汽烧伤的风险无处不在。另一方面,电动汽车非常容易使用,无噪音,并且可以为大量人口驾驶。许多早期的电动汽车广告都以女性为主角,以证明电动汽车的易用性和充电站在城市地区很常见。

即使在100年前,电动汽车也能提供近乎瞬时的扭矩和快速加速——具有讽刺意味的是,第一辆达到每小时60英里速度的汽车是电动的。尽管有这些固有的好处,但电动汽车的制造成本很高。

汽油发动机不可避免地主宰了汽车领域,但这是为什么呢?这可以归结为四个关键因素:

  1. 电动汽车的续航里程有限:早期电动汽车的最大续航里程为30至50英里。
  2. 汽油和随后的汽油动力汽车更加普及,提供了更大范围的灵活性。
  3. 亨利·福特引进移动装配线降低了汽油动力汽车的成本。
  4. 电动启动器的发明使使用汽油动力汽车变得更加容易。

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用软磁复合材料向电动的转变

快进100年,随着电动汽车的回归,世界再次发生变化。电动汽车的许多早期优势仍然存在,但电动马达和电池技术的进步已经解决了限制行驶里程的主要限制。电池和电机技术的未来进步将继续使钟摆更倾向于电动汽车,因为它具有减少城市环境污染的显著优势。

尽管今天的径向磁通是一种伟大的设计,但人们一直在用轴向磁通、横向磁通和梯形磁通设计重新设计电机,这些设计提供了紧凑性、更高的功率密度和更容易制造的潜力。

由于加热问题,特斯拉意识到一块实心铁块效率不高,而且由于没有层压板,特斯拉假设使用铁屑来最大限度地减少他的无刷交流径向磁通电机中的热量积聚现代smc

软磁复合材料

现代smc使用高纯度的铁粉,压实到非常高的密度,克服了早期铁屑的所有缺陷,从而实现了特斯拉的梦想。smc提供优异的电阻率,同时在宽频率范围内保持非常低的滞回损失,这意味着它们可以用最小的能量耗散用于高效率的电动机/发电机。此外,与传统的黑色金属材料相比,它们具有非常低的芯损和温升特性,这使得它们成为需要高功率密度的应用的一个有吸引力的选择,例如电动汽车,其中重量和潜在的热积聚特别重要。

随着效率的提高,噪音水平的降低和更大的设计灵活性,这些SMC组件将成为新的设计标准,如早期的径向磁通设计电机。

为了未来

今天,大约90%的电机都是径向磁通电机,主要是因为它们被认为是一种“可靠的”技术。事实上,制造商已经在这种类型的电机上投入了大量资金,这大大减缓了smc在更高效的电机设计中的采用。

smc提供了一种简单而经济的方法来生产这些复杂的形状,并使用消耗更少的能源和易于回收的制造工艺提供有效的磁性能。中小企业与电动汽车产业的联姻有着光明的前景。

特斯拉曾说过:“引导我做一切事情的愿望,就是利用自然的力量为人类服务的愿望。”因此,他一生都在追求无限能源的梦想,不仅创造了电动机,还定义了我们所知道的现代生活。

虽然SMCs实现了特斯拉在发动机中使用铁屑的梦想,但最近宣布的核聚变技术突破加速了向电动汽车行业的过渡,进一步实现了特斯拉的梦想。

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主题:软磁复合材料


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