Предности, тешкотии и нови случувања на моторите со аксијален флукс

Во споредба со моторите со радијален флукс, моторите со аксијален флукс имаат многу предности во дизајнот на електричните возила. На пример, моторите со аксијален флукс можат да го променат дизајнот на погонската група со поместување на моторот од оската кон внатрешноста на тркалата.

1.Оска на моќ

Мотори со аксијален флуксдобиваат се поголемо внимание (добивање влечење). Долги години, овој тип на мотор се користи во стационарни апликации како што се лифтови и земјоделски машини, но во текот на изминатата деценија, многу програмери работеа на подобрување на оваа технологија и примена на електрични мотоцикли, аеродромски места, товарни камиони, електрични возила, па дури и авиони.

Традиционалните мотори со радијален флукс користат постојани магнети или индукциски мотори, кои постигнаа значителен напредок во оптимизирањето на тежината и цената. Сепак, тие се соочуваат со многу тешкотии да продолжат да се развиваат. Аксијалниот флукс, сосема поинаков тип на мотор, може да биде добра алтернатива.

Во споредба со радијалните мотори, ефективната магнетна површина на моторите со постојан магнет со аксијален флукс е површината на роторот на моторот, а не надворешниот дијаметар. Затоа, во одреден волумен на мотор, моторите со постојан магнет со аксијален флукс обично можат да обезбедат поголем вртежен момент.

Мотори со аксијален флукссе покомпактни; Во споредба со радијалните мотори, аксијалната должина на моторот е многу пократка. За моторите со внатрешни тркала, ова е често клучен фактор. Компактната структура на аксијалните мотори обезбедува поголема густина на моќност и густина на вртежен момент од сличните радијални мотори, со што се елиминира потребата за екстремно високи работни брзини.

Ефикасноста на моторите со аксијален флукс е исто така многу висока, обично надминува 96%. Ова е благодарение на пократката, еднодимензионална патека на флукс, која е споредлива или дури и поголема во ефикасност во споредба со најдобрите мотори со радијален флукс 2D на пазарот.

Должината на моторот е пократка, обично 5 до 8 пати пократка, а тежината исто така се намалува за 2 до 5 пати. Овие два фактори го променија изборот на дизајнерите на платформи за електрични возила.

2. Технологија на аксијален флукс

Постојат две главни топологии замотори со аксијален флукс: двоен ротор со еден статор (понекогаш се нарекуваат машини во стилот на торус) и двоен статор со еден ротор.

Во моментов, повеќето мотори со постојан магнет користат топологија на радијален флукс. Колото на магнетниот тек започнува со постојан магнет на роторот, поминува низ првиот заб на статорот, а потоа радијално тече по статорот. Потоа поминете низ вториот заб за да стигнете до вториот магнетен челик на роторот. Во топологијата на аксијален флукс со двоен ротор, флуксната јамка започнува од првиот магнет, аксијално поминува низ забите на статорот и веднаш допира до вториот магнет.

Ова значи дека патеката на флуксот е многу пократка од онаа на моторите со радијален флукс, што резултира со помали волумени на моторот, поголема густина на моќност и ефикасност со иста моќност.

Радијален мотор, каде што магнетниот флукс поминува низ првиот заб, а потоа се враќа на следниот заб преку статорот, стигнувајќи до магнетот. Магнетниот флукс следи дводимензионална патека.

Патеката на магнетниот тек на машината за аксијален магнетен тек е еднодимензионална, така што може да се користи електричен челик ориентиран кон зрно. Овој челик го олеснува поминувањето на флуксот, а со тоа ја подобрува ефикасноста.

Моторите со радијален флукс традиционално користат дистрибуирани намотки, при што до половина од краевите на намотувањето не функционираат. Надворешноста на серпентина ќе резултира со дополнителна тежина, цена, електричен отпор и поголема загуба на топлина, принудувајќи ги дизајнерите да го подобрат дизајнот на намотувањето.

Намотката завршува намотори со аксијален флукссе многу помалку, а некои дизајни користат концентрирани или сегментирани намотки, кои се целосно ефикасни. За радијалните машини со сегментиран статор, прекинот на патеката на магнетниот тек во статорот може да донесе дополнителни загуби, но за моторите со аксијален флукс тоа не е проблем. Дизајнот на ликвидацијата на серпентина е клучот за разликување на нивото на добавувачи.

3. Развој

Моторите со аксијален флукс се соочуваат со некои сериозни предизвици во дизајнот и производството, и покрај нивните технолошки предности, нивните трошоци се далеку повисоки од оние на радијалните мотори. Луѓето имаат многу темелно разбирање за радијалните мотори, а методите на производство и механичката опрема се исто така лесно достапни.

Еден од главните предизвици на моторите со аксијален флукс е да се одржи рамномерен воздушен јаз помеѓу роторот и статорот, бидејќи магнетната сила е многу поголема од онаа на радијалните мотори, што го отежнува одржувањето на рамномерен воздушен јаз. Моторот со аксијален флукс со двоен ротор, исто така, има проблеми со дисипација на топлина, бидејќи намотувањето се наоѓа длабоко во статорот и помеѓу двата диска на роторот, што го отежнува дисипацијата на топлина.

Моторите со аксијален флукс исто така се тешки за производство поради многу причини. Машината со двоен ротор што користи машина со двоен ротор со топологија на јареми (т.е. отстранување на железниот јарем од статорот, но задржување на железните заби) надминува некои од овие проблеми без проширување на дијаметарот на моторот и магнетот.

Сепак, отстранувањето на јаремот носи нови предизвици, како на пример како да се поправат и позиционираат поединечните заби без механичка врска со јарем. Ладењето е исто така поголем предизвик.

Исто така е тешко да се произведе роторот и да се одржи воздушниот јаз, бидејќи дискот на роторот го привлекува роторот. Предноста е што дисковите на роторот се директно поврзани преку прстен на вратило, така што силите се поништуваат едни со други. Ова значи дека внатрешното лежиште не ги издржува овие сили, а неговата единствена функција е да го држи статорот во средната положба помеѓу двата диска на роторот.

Моторите со еден ротор со двоен статор не се соочуваат со предизвиците на кружните мотори, но дизајнот на статорот е многу покомплексен и тешко да се постигне автоматизација, а поврзаните трошоци се исто така високи. За разлика од кој било традиционален мотор со радијален флукс, процесите на производство на аксијални мотори и механичка опрема неодамна се појавија.

4. Примена на електрични возила

Доверливоста е од клучно значење во автомобилската индустрија и докажувањето на доверливоста и робусноста на различнимотори со аксијален флуксда се убедат производителите дека овие мотори се погодни за масовно производство отсекогаш бил предизвик. Ова ги поттикна добавувачите на аксијални мотори сами да спроведуваат обемни програми за валидација, при што секој добавувач покажува дека нивната сигурност на моторот не се разликува од традиционалните мотори со радијален флукс.

Единствената компонента што може да се истроши вомотор со аксијален флуксе лежиштата. Должината на аксијалниот магнетен тек е релативно кратка, а положбата на лежиштата е поблиска, обично дизајнирана да биде малку „предимензионирана“. За среќа, моторот со аксијален флукс има помала маса на роторот и може да издржи помали динамички оптоварувања на вратилото на роторот. Затоа, вистинската сила што се применува на лежиштата е многу помала од онаа на моторот со радијален флукс.

Електронската оска е една од првите апликации на аксијалните мотори. Потенката ширина може да ги инкапсулира моторот и менувачот во оската. Во хибридните апликации, пократката аксијална должина на моторот за возврат ја скратува вкупната должина на системот за пренос.

Следниот чекор е да го инсталирате аксијалниот мотор на тркалото. На овој начин, моќта може директно да се пренесе од моторот на тркалата, со што се подобрува ефикасноста на моторот. Поради елиминацијата на преносите, диференцијалите и погонските вратила, сложеноста на системот исто така е намалена.

Сепак, се чини дека стандардните конфигурации сè уште не се појавиле. Секој производител на оригинална опрема истражува специфични конфигурации, бидејќи различните големини и форми на аксијалните мотори можат да го променат дизајнот на електричните возила. Во споредба со радијалните мотори, аксијалните мотори имаат поголема густина на моќност, што значи дека може да се користат помали аксијални мотори. Ова обезбедува нови опции за дизајн на платформите на возилата, како што е поставувањето батерии.

4.1 Сегментирана арматура

Моторната топологија YASA (Без јарем и сегментирана арматура) е пример за топологија со еден статор со двоен ротор, која ја намалува сложеноста на производството и е погодна за автоматско масовно производство. Овие мотори имаат густина на моќност до 10 kW/kg при брзини од 2000 до 9000 вртежи во минута.

Користејќи наменски контролер, може да обезбеди струја од 200 kVA за моторот. Контролерот има волумен од приближно 5 литри и тежи 5,8 килограми, вклучително и термичко управување со ладење со диелектрично масло, погоден за мотори со аксијален флукс, како и за индукциски и радијален флукс мотори.

Ова им овозможува на производителите на оригинална опрема за електрични возила и на првостепените развивачи флексибилно да го изберат соодветниот мотор врз основа на апликацијата и достапниот простор. Помалата големина и тежина го прават возилото полесно и има повеќе батерии, со што се зголемува зголемувањето на опсегот.

5. Примена на електрични мотоцикли

За електрични мотоцикли и ATV, некои компании развија мотори со аксијален флукс со наизменична струја. Најчесто користениот дизајн за овој тип возила е дизајни со аксијален флукс базиран на DC четка, додека новиот производ е целосно запечатен дизајн без четка со наизменична струја.

Калемите на и DC и AC моторите остануваат неподвижни, но двојните ротори користат постојани магнети наместо ротирачки арматури. Предноста на овој метод е тоа што не бара механичко враќање назад.

Аксијалниот дизајн со наизменична струја може да користи и стандардни трифазни контролери на мотори со наизменична струја за радијални мотори. Ова помага да се намалат трошоците, бидејќи контролорот ја контролира струјата на вртежниот момент, а не брзината. Контролорот бара фреквенција од 12 kHz или повисока, што е главната фреквенција на таквите уреди.

Поголемата фреквенција доаѓа од пониската индуктивност на намотување од 20 µ H. Фреквенцијата може да ја контролира струјата за да го минимизира бранувањето на струјата и да обезбеди синусоидален сигнал што е можно помазен. Од динамична перспектива, ова е одличен начин да се постигне помазна контрола на моторот со овозможување брзи промени на вртежниот момент.

Овој дизајн прифаќа дистрибуирана двослојна намотка, така што магнетниот флукс тече од роторот до друг ротор низ статорот, со многу краток пат и поголема ефикасност.

Клучот за овој дизајн е што може да работи со максимален напон од 60 V и не е погоден за системи со повисок напон. Затоа, може да се користи за електрични мотоцикли и возила на четири тркала од класата L7e како Renault Twizy.

Максималниот напон од 60 V овозможува моторот да се интегрира во главните електрични системи од 48 V и ја поедноставува работата за одржување.

Спецификациите за мотоцикли со четири тркала L7e во Европската рамковна регулатива 2002/24/EC пропишуваат дека тежината на возилата што се користат за транспорт на стоки не надминува 600 килограми, со исклучок на тежината на батериите. На овие возила им е дозволено да превезуваат не повеќе од 200 килограми патници, не повеќе од 1000 килограми товар и не повеќе од 15 киловати моќност на моторот. Дистрибуираниот метод на намотување може да обезбеди вртежен момент од 75-100 Nm, со максимална излезна моќност од 20-25 kW и континуирана моќност од 15 kW.

Предизвикот на аксијалниот флукс лежи во тоа како бакарните намотки ја расфрлаат топлината, што е тешко бидејќи топлината мора да помине низ роторот. Дистрибуираната ликвидација е клучот за решавање на овој проблем, бидејќи има голем број слотови за столбови. На овој начин постои поголема површина помеѓу бакарот и лушпата, а топлината може да се пренесе нанадвор и да се испушта со стандарден течен систем за ладење.

Повеќекратните магнетни полови се клучни за користење на синусоидални бранови форми, кои помагаат да се намалат хармониците. Овие хармоници се манифестираат како загревање на магнетите и јадрото, додека бакарните компоненти не можат да ја однесат топлината. Кога топлината се акумулира во магнетите и железните јадра, ефикасноста се намалува, поради што оптимизирањето на брановата форма и патеката на топлина е од клучно значење за перформансите на моторот.

Дизајнот на моторот е оптимизиран за да се намалат трошоците и да се постигне автоматско масовно производство. Екструдираниот прстен за куќиште не бара сложена механичка обработка и може да ги намали трошоците за материјали. Намотката може директно да се намотува и се користи процес на лепење за време на процесот на намотување за да се одржи правилната форма на склопување.

Клучната поента е што серпентина е направена од стандардна комерцијално достапна жица, додека железното јадро е ламинирано со стандарден отпуштен челик за трансформатор, кој едноставно треба да се пресече во форма. Други дизајни на мотори бараат употреба на меки магнетни материјали во ламинацијата на јадрото, што може да биде поскапо.

Употребата на дистрибуирани намотки значи дека магнетниот челик не треба да се сегментира; Тие можат да бидат поедноставни форми и полесни за производство. Намалувањето на големината на магнетниот челик и обезбедувањето на неговата леснотија на производство има значително влијание врз намалувањето на трошоците.

Дизајнот на овој аксијален флукс мотор исто така може да се прилагоди според барањата на клиентите. Клиентите имаат прилагодени верзии развиени околу основниот дизајн. Потоа се произведува на пробна производна линија за рана верификација на производството, која може да се реплицира во други фабрики.

Прилагодувањето е главно затоа што перформансите на возилото не зависат само од дизајнот на моторот со аксијален магнетен тек, туку и од квалитетот на структурата на возилото, батерискиот пакет и BMS.