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东海大学通过功率为100W左右的直流马达实现96%以上的效率


产品特性:
  • 转换效率在100W功率附近高达96.5%
  • 在50~200W之间改变功率时也可维持93~96%的转换率
  • 微控制器采用了156mW低功耗产品
  • 成本比效率为80%左右的普通马达高近20倍
应用范围:
  • 冰箱、汽车及电动摩托车等广泛领域
日本东海大学工程学系工程学专业教授木村英树领导的研究小组开发出了将电力转换为马达功率时效率可达到96%以上的DC(直流)无刷马达。“其中用到的高效率手法也可应用于电动汽车的高输出功率马达上”(木村)。

此次开发的马达为额定功率约100W”的直流马达,马达的磁芯采用铁类非晶态金属。转换效率在100W功率附近高达96.5%,包含误差因素时也可达到96%以上。除了如此之高的效率之外,在50~200W之间改变功率时也可维持93~96%的转换率,这也是一大特点。

东海大学曾于2003年开发出了效率达到93%的直流马达。并与特殊电装、日本贵弥功等公司合作实现了产品化。

此次马达的高效率是通过找出导致能量损失的原因并对其中几个加以改善而实现的。马达的能量损失起因于:(1)控制电路的功耗(控制器损)、(2)线圈卷线导致的损失(铜损)、(3)磁芯中涡电流导致的损失(铁损)、(4)旋转轴的摩擦及空气阻力等导致的损失(机械损、风损)等。

此次的96%以上的高效率主要是通过改善(1)和(2)而达到的。为了减少(1)控制器损,微控制器采用了156mW低功耗产品。另外,逆变器也采用了仅由nMOSFET构成的产品。原因是“nMOSFET的导通电阻比pMOSFET小”(木村)。

(2)铜损通过优化卷线的粗细及圈数得以降低。铜损一般在流经马达的电流加大时变大,因此改善的好处明显。

(3)铁损通过马达磁芯材料采用铁类非晶态金属控制到了低水平。原因是“非晶态金属的电子迁移率小,涡电流少”(木村)。这一改善措施与2003年的马达相同。

此外木村还表示,在(4)风损方面,“经证实,只需为马达加上外罩,阻断空气进入,即可降低损失”。

难点在于制造成本较高
该马达的难点是:在效率非常高的同时,制造成本也很高。因此,目前仅限于比赛用节能车等不考虑价格而重视高效率的用途。采用2003年开发产品的节能车也曾在比赛中取得出色成绩。不过,“成本比效率为80%左右的普通马达高近20倍”(木村)。

成本高的原因在于磁芯使用的是铁类非晶态金属。“由铁类非晶态金属构成的磁芯通过向低温筒状物喷附金属使其迅速冷却制成,一次加工只能形成25μm的厚度。要确保所需厚度,必须反复进行多次相同的加工,从而导致成本升高“(木村)。

但是,铁材料本身成本并不高,因此通过使制造工序实现自动化便可进行量产,这样“便有望以仅为目前14~15的成本来制造”(木村)。

如果刨除成本较高这一点,该马达可凭借功率及转速等优势,应用于冰箱、汽车及电动摩托车等广泛领域。高输出功率“基本上可通过加大马达来实现。功率提高后,效率也容易提高”(木村)。 关键字:直流无刷马达 马达 汽车 家电  本文链接:http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80001804

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