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传统合金vs碳纤维复合材料,电动机转子密封套的惊人反差

2026-07-03 15:33310CompositesWorld

螺旋 (英国米尔顿·凯恩斯),功率密度高的电动机和逆变器制造商,与高性能传动专家 Zoerkler Gears GmbH Co KG (奥地利乔伊斯)合作开发并验证了一种用于先进空中机动(AAM)应用的齿轮电动推进装置(EPU)。

Helix的电传动专业知识是在其 可扩展核心技术 下形成的:专有永磁转子、专利转子冷却、高极数、专有绕组结构、碳纤维复合材料磁体容器、碳纤维复合材料冷却套、高速径向和轴向水冷却。除了移动应用外,公司的产品还应用于海洋, 例如 魔术地毯 高性能帆船 ,由Helix在精英电动赛车运动方面的专业知识领导。

与Zoerkler合作开发的EPU旨在支持高要求的eVTOL应用,可以安装在升降、巡航和倾斜转子的配置中。历史上,这些高扭矩应用需要EPU设置在“直接驱动”布局中,这需要更宽和更高质量的电机。然而,由于Helix的电机和Zoerkler的轻量化传动系统(实现98%的效率)之间的无缝集成,据报道,这款最新的EPU能够在一个直径仅为等效直接驱动单元50%(26厘米)的封装中提供高扭矩。

该产品旨在成为先进空中移动EPU系列中的首款产品,初步合作生产了一款重达32.2公斤的包裹,可提供:

100千瓦的功率,当用于 升降机 配置时,可提供高达 1,600 牛米的扭矩。

250千瓦的连续功率 - 和400千瓦的峰值 - 当用于 巡航 配置时。

结合封装的低质量,EPU更轻更窄的格式将使舱室尺寸和拖入式eVTOL应用能够支持更大的有效载荷和航程。

来源 | 螺旋视频

以碳(纤维)的速度旋转

碳纤维复合材料在电动机中的应用主要源于航空航天和高速机械行业,工程师们试图用更轻、更强的替代品取代重金属转子密封套——传统上由Inconel 718或钛等合金制成。

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多年来,一种称为永磁电机(PMM)的电动汽车(EV)电机采用了一种碳纤维增强的热固套筒,该套筒包裹在PMM的转子周围,防止转子组件在高速旋转时飞散。推动这种采用的物理原理是直截了当的, Addcomposites 解释道:当电机转子以20,000转/分钟的速度旋转时——这在现代电动汽车中很常见——每个组件都会经历与速度呈二次关系的离心力,这意味着转速加倍,试图撕裂转子的力就会增加三倍。

碳纤维复合材料通过一系列令人信服的特性来解决这个问题:用碳纤维合成材料替换金属套以保持电机组件重量更轻,转动惯量更低,压缩压力更大,轴组件和定子之间的气隙更小,同时还减少了由于离心力引起的自负荷——尽管由于碳纤维在轴向导电,套管中的电损耗仍然存在,但显著低于其替换的金属套管中的损耗。

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来自 ORNL 的研究 在设计层面进一步验证了这些优势,有限元分析证实,在高达20,000转/分的表面永磁外转子电机纺丝过程中,碳纤维套管承受的最大应力保持在材料的屈服强度之下——这一发现为碳纤维套管在高功率应用(从电动汽车到汽轮发电机和航空航天驱动器)中打开了大门。


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