俄亥俄州立大学的 Codrin-Gruie Cantemir 博士和他的研究团队接受了设计新型 10 兆瓦环形电机的挑战。利用这种新设计，我们有希望将混合动力电动推进系统的性能以及燃油和能源节约提升到一个新的水平。在美国国家航空航天局的研究资助下，研究团队旨在设计一种电机，该电机的重量比市面上的电机都要轻五倍，而且效率更高，并且其推进系统足够强大，足以运输大型飞机。
电动机设计采用独特的调谐线圈和可变截面绕组，线圈和冷却剂之间可以直接接触。这能够在高频下产生定子磁场，同时将固体导体中的特定高频损耗控制在最低水平。
感应电机作为外转电机运行。由于尺寸小巧，它比高端电机的永磁 (PM) 电机轻，但它产生的扭矩和功率却比永磁电动机大。
为了确保高度的操作安全性，OSU 电机未使用传统的铜导体或电线绝缘层。Cantemir 博士和他的团队发现，在某些情况下，如果铝作为导体材料的性能会更好，因此他们将铜换成了铝。电机设计的最佳特点之一是他们的解决方案不需要电线绝缘。这一点 Cantemir 博士非常引以为豪。因为这种绝缘是电机故障的最大原因。
测试演示模型打破了世界纪录——一鸣惊人
在使用概念设计的 1 兆瓦环形电机版本的初步测试中，OSU 创造了两项世界纪录。第一项纪录是绝对标准化的连续功率密度。第二项纪录是感应电机的连续功率密度。该团队打破了这些纪录，使感应电机以较低的性能水平运行，保持恒定的连续功率状态。Cantemir 博士说：“这项技术最终可能会应用于大量的推进用例，从小型客机到中型和大型喷气式飞机（例如 737 或 787），以及从浮桥到核动力航空母舰几乎所有的海洋应用。”
使用 dSPACE MicroAutoBox 执行控制测试
由于大功率电机有电力电子设备的固有限制，Cantemir 博士表示他们的重点转为使用一种高端技术（通常称为同步调制，与传统的异步调制相反），从而将功率水平提高到 rpm 范围的最高值。他们使用了两个 dSPACE MicroAutoBox 来测试连续滑动同步调制 (CSSM) 技术以及控制算法。一个 dSPACE MicroAutoBox 用于控制电机，另一个 MicroAutoBox 用于控制负载（另一个电机作为发电机）。
“dSPACE 系统使我们能够实现这两种新技术，极大地改善了结果，”Cantemir 博士说。“更重要的是，因为这些新技术以前从未尝试过，dSPACE 让我们在该领域开启一扇新的大门。”
由俄亥俄州立大学友情提供。
《dSPACE杂志》，2021年11月出版
