高速馬達每分鐘10萬轉 創下世界紀錄

電動車看似構造簡單，但其實蘊含大量科技，馬達是電動車的核心，這也決定了一輛車的效能。澳洲新南威爾斯大學（The New South Wales University，UNSW）研發出一種新型的高速馬達，每分鐘可達10萬轉速，創下新的世界紀錄！更高的轉速，意味著可以實現更高的功率密度，有助於減輕電動汽車的重量，從而增加其續航能力。

研究團隊對90種設計方案進行了評估，然後選擇其中前50%來生成新設計，直到達到所需的最佳效果。最後一個馬達設計是該程式分析的第120代。

新型的內置式永磁同步馬達（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor，IPMSM），速度已達到每分鐘10萬轉速，使其成為世界上最快的內置式永磁同步馬達。現有的內置式永磁同步馬達最高轉速紀錄也就5萬轉左右。

最重要的是，這款新型馬達能夠產生非常高的功率密度，可減輕電動汽車整體重量，從而增加續航里程。

這項新技術是由新南威爾斯大學電氣工程與電信學院副教授魯克米‧杜塔（Rukmi Dutta）和朱國玉（Guoyu Chu，音譯）博士領導的團隊開發的，是對現有IPMSM進行改良。

有望提升電動車續航力

朱國玉說，目前電動汽車的發展趨勢就是搭載轉速更快的馬達。「每個電動汽車製造商都在嘗試開發高速馬達，因為物理定律的性質允許你縮小機器的尺寸。而機器越小，重量就越輕，消耗的能量也就越少，因此車輛的續航里程也可進一步提升。」

他說，「透過這個研究項目，我們試圖達到一個絕對最大值，並記錄下最高速度為每分鐘10萬轉，峰值功率密度約為每公斤7千瓦。」

朱國玉還表示，該馬達系統擁有擴展性，並且可以調整功率和速度，如果想要調整該馬達以適應特斯拉電動汽車，大約只需要6~12個月。

朱博士於9月13日透過e-mail告訴《大紀元時報》：「如果我們針對電動汽車擴展應用和優化馬達設計，預計將比目前的市售產品輕10%~20%，效率提升2%~5%。同時，逆變器（變流器的一種）也將受益於高速而變得更輕更小，重量的減輕和效能的提升有望將續航延長5%  ~10% 。

該研究團隊已經為一種新的轉子拓撲申請了專利，該拓撲顯著提高了穩健性，同時還減少了每單位發電量所需的稀土材料數量。

（註：轉子是由軸承支撐的旋轉體，是馬達、發電機、燃氣輪機和透平壓縮機基本構造中，繞固定中心轉動的部分。）

新型馬達是由新南威爾士大學電氣工程與電信學院副教授魯克米‧杜塔（左）、朱國玉博士（右）領導的團隊開發。（UNSW提供）

朱國玉告訴《大紀元時報》，得益於轉子結構的顯著增強，該馬達的機械安全係數，比目前市售的電動汽車馬達高出1.5~2倍。鑒於此，預計新款高速馬達的使用壽命會更長。此外，與現有技術相比，該團隊的新馬達還具有顯著的成本優勢，並且使用的稀土材料更少，比如釹（Neodymium）。

朱國玉說：「大多數高速馬達使用套筒來加強轉子，而套筒通常由鈦或碳纖維等高成本材料製成。套筒本身非常昂貴，還需要精確裝配，因此會增加馬達的製造成本。我們的轉子具有非常好的機械穩健性，因此我們不需要套筒，從而降低了製造成本。而且我們的新馬達只使用了大約30%的稀土材料，又大幅降低了材料成本，從而使我們的高性能馬達更加環保且價格實惠。」

除了電動汽車，該電機還有許多其他潛在應用，比如大型暖氣、通風和空調系統等。

◎馬達小知識

馬達的運作原理是由固定不動的「定子」，以及會旋轉的「轉子」所組成，使用的是最基本的電磁感應原理，根據安培右手定則，將電流通過導體周圍，就會產生磁場，若將導體置於另一固定磁場中，則將產生「同性相吸、異性相斥」現象，進而造成轉子移動產生動能，所有類型的馬達運作都是根據以上原理，差別在於產生磁場的方式不同。

馬達若以電流種類來區分，可分為「直流馬達」與「交流馬達」兩大類，直流馬達雖然易於控制與構造簡單的優點，但其特性較不適合高溫、易燃環境，不適合當作電動汽車的動力來源。

而交流馬達具有效率高、輸出大的特性，是目前電動車主要採用的動力來源，其中又可區分成「感應馬達」及「永磁同步馬達」，兩者間最大差異是其中轉子的不同，永磁同步馬達的轉子自帶磁場，而感應馬達的轉子只是導體並不帶磁場，是通電之後產生電磁感應才能與定子進行運動。◇