電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）近日，據(jù)澳大利亞新南威爾士大學(xué)網(wǎng)站報道，該校研究生開發(fā)出了一款新型電機，實現(xiàn)每分鐘達10萬次轉(zhuǎn)速，創(chuàng)下了新的世界紀錄。這種新設(shè)計的出現(xiàn)，可以通過高功率密度來減少電動汽車重量，從而實現(xiàn)增加電車的續(xù)航里程，并且顯著降低了制造成本。

電動汽車的續(xù)航看什么？

隨著新能源車越來越普及，消費者對于電動汽車的續(xù)航也越來越關(guān)注。而電動汽車的驅(qū)動主要依賴于電驅(qū)系統(tǒng)，包括電池、電驅(qū)以及電控。功能主要是作為電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，負責(zé)將電池輸出的直流電轉(zhuǎn)化，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，并通過軸齒系統(tǒng)的減速增扭，將動力傳遞給車輪，從而驅(qū)動車輛的行駛。

因此續(xù)航一方面主要看電池能量密度和材質(zhì)，電池能量密度決定了電池的帶電量，比如三元鋰電池能量密度要比磷酸鐵鋰高，續(xù)航更久，但安全性上有所不足。此外如寧德時代所發(fā)布的麒麟電池，思路同樣是增大電池包內(nèi)的體積利用率與能量密度來延長續(xù)航時間。

另一個影響續(xù)航的重要因素在于汽車的重量，比如動力電池可以做得足夠大，但是負重越大，車輛續(xù)航反而會越短，這就需要有一個平衡。此外，風(fēng)阻同樣會影響電動汽車的續(xù)航，通常轎車的風(fēng)阻要小于SUV的風(fēng)阻。其他因素還有如環(huán)境溫度、自動駕駛等，都會對續(xù)航造成干預(yù)。

同時，由于主要依靠電機驅(qū)動，而電機能量效率極高，目前已經(jīng)可以達到95%以上，對比燃油發(fā)動起能量效率普遍在30%左右，可以認為已經(jīng)完全不可同日而語，也非常節(jié)能。

根據(jù)工信部新能源汽車公告目錄中的資料顯示，大多數(shù)純電動汽車能耗水平在110-160Wh/Km，也就是0.396-0.576MJ/Km。不過在實際使用中，許多人會發(fā)現(xiàn)標稱能耗與實際使用能耗差別非常大，并且能耗的波動也非常大，換算過來可以認為電動汽車的續(xù)航里程與標稱值也有較大的差距，即便用最嚴格的EPA測試標準，同樣會有較大偏差。

燃油車的差異基本在10%-20%左右，而電動汽車卻可以達到50%-100%左右。比如電動汽車標準可以行使500KM，夏天使用加空調(diào)，可能只會跑400KM左右，而在氣溫較低的冬天，續(xù)航甚至可以低到200KM，這種巨大的波動與燃油車有顯著區(qū)別。

一個原因在于電動機效率高，所以導(dǎo)致能耗非常敏感。這個很好理解，舉個例子，許多電動汽車都是單級變速箱，因此隨著車輛速度的變化，電機轉(zhuǎn)速變化也非常大。假定電動機轉(zhuǎn)速在0-8000轉(zhuǎn)（最高速度在120km/h），并且電動機最佳熱效率區(qū)間并非在日常行駛速度上，而是中高速，因此日常行駛中的效率區(qū)間大概會在60-90%之間波動，綜合整車能耗波動也將在30%-40%左右。

并且，由于電動機的特性，百公里加速時間已經(jīng)堪比燃油車的百萬豪車級別，而動力性越強，也讓百公里電耗越大。在城區(qū)內(nèi)的多次啟停，也會加快能量的消耗。不過許多電動汽車已經(jīng)安裝了能量回收系統(tǒng)，可以回收車輛制動時的動能，重新用于驅(qū)動，來節(jié)省電能的損耗。

因此，電池容量、材料、風(fēng)阻、自動駕駛等，都會客觀影響到電動汽車的續(xù)航表現(xiàn)，而電動機對于電動車續(xù)航的影響相對主觀，取決于司機自己的駕駛習(xí)慣。

十萬轉(zhuǎn)電機是如何被設(shè)計的

此次澳大利亞新南威爾士大學(xué)所研發(fā)的每分鐘十萬次轉(zhuǎn)速的電機，則是通過人工智能技術(shù)，從工程角度增加了電動汽車的續(xù)航表現(xiàn)。

增加電池重量的方法，同樣會減少電動汽車的續(xù)航，那么反過來，減少車內(nèi)器件體積，就能在同樣電池容量下增加續(xù)航。因此可以看到許多汽車使用了新型材料的車架，或者采用了SiC等材料，來提升續(xù)航。

新型電動機由于超高的轉(zhuǎn)速，讓電機可以縮小尺寸，不僅能減輕重量，還能極大地降低功耗。同時，電動汽車中的電驅(qū)系統(tǒng)使用內(nèi)置永磁同步電機（IPMSM），即將磁鐵嵌入轉(zhuǎn)子中來產(chǎn)生巨大的扭矩。

但現(xiàn)如今的IPMSM由于轉(zhuǎn)子中的金屬薄板部分或燒結(jié)部分組成的疊片芯彼此連接，因此機械強度較低，從而限制了電子的速度。研究人員通過使用一種新的轉(zhuǎn)子拓撲結(jié)構(gòu)，進一步提升了電機的穩(wěn)定性，同時還讓電機生產(chǎn)所需的稀土減少70%。

新的設(shè)計主要基于韓國雙系拱結(jié)構(gòu)Gyopo鐵路橋的工程特性，以及符合曲線的機械應(yīng)力分布技術(shù)實現(xiàn)的。最終讓新型電機實現(xiàn)了近每公斤7kW功率密度，是現(xiàn)有層壓IPMSM的兩倍，極大地增強了電動汽車的性能。

得益于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的顯著增強，新型高速電機的機械安全系數(shù)可以達到目前市場銷售電機的1.5-2倍，推斷其使用壽命也將比普通電機更長。

這一新型電動機如果投入市場，將很快便能與消費者見面。據(jù)研究團隊透露，以特斯拉為代表的制造商想要運用這套電機，規(guī)格修改與調(diào)試只需要耗費6-12個月。

與當(dāng)前的電動機相比，這款新型電動機能夠為電動汽車提供更多的續(xù)航。研究團隊預(yù)測，通過對電動應(yīng)用擴展和優(yōu)化電機設(shè)計，預(yù)計新款電動機相比市場中的同類產(chǎn)品輕10-20%，效率提升2%-5%。

并且逆變器也受益于高速而變得更輕、更小，重量減輕與能效提升有望將為電動汽車續(xù)航延長5%-10%。

值得注意的是，這款新型電機的設(shè)計使用了人工智能輔助優(yōu)化程序，從電、磁、機械和熱等各方面性能以優(yōu)化電動機設(shè)計。研究團隊對90種方案進行了評估，然后選擇其中前50%來生成新的設(shè)計，直到當(dāng)前的最佳效果，而這一款已經(jīng)是該程序分析的第120代產(chǎn)品。

小結(jié)

從這款新設(shè)計的電動機來看，不僅有了高轉(zhuǎn)速、長壽命、成本低、重量輕的特點，同時還能進一步幫助電動汽車節(jié)省內(nèi)部空間，降低車身整體重量，從而實現(xiàn)續(xù)航增強的效果。一個亮點是，研究團隊通過人工智能輔助多次優(yōu)化迭代了相關(guān)設(shè)計，直至達成最佳效果。這不僅是電動機產(chǎn)品的革新，也是人工智能技術(shù)應(yīng)用落地的又一碩果。