U poređenju sa motorima sa radijalnim fluksom, motori sa aksijalnim protokom imaju mnoge prednosti u dizajnu električnih vozila.Na primjer, motori sa aksijalnim protokom mogu promijeniti dizajn pogonskog sklopa pomicanjem motora s osovine na unutarnju stranu kotača.
1. Osa snage
Motori sa aksijalnim protokomdobijaju sve veću pažnju (dobijaju na snazi).Dugi niz godina ovaj tip motora se koristio u stacionarnim aplikacijama kao što su dizala i poljoprivredne mašine, ali u protekloj deceniji, mnogi programeri su radili na poboljšanju ove tehnologije i primenili je na električne motocikle, aerodromske čaure, teretne kamione, električne vozila, pa čak i avione.
Tradicionalni motori radijalnog protoka koriste trajne magnete ili indukcione motore, koji su postigli značajan napredak u optimizaciji težine i troškova.Međutim, suočavaju se sa mnogim poteškoćama u nastavku razvoja.Aksijalni fluks, potpuno drugačiji tip motora, može biti dobra alternativa.
U poređenju sa radijalnim motorima, efektivna magnetna površina motora sa trajnim magnetom aksijalnog toka je površina rotora motora, a ne spoljni prečnik.Stoga, u određenoj zapremini motora, motori sa trajnim magnetom sa aksijalnim fluksom obično mogu pružiti veći obrtni moment.
Motori sa aksijalnim protokomkompaktniji su;U poređenju sa radijalnim motorima, aksijalna dužina motora je mnogo kraća.Za motore sa unutrašnjim točkovima, ovo je često presudan faktor.Kompaktna struktura aksijalnih motora osigurava veću gustinu snage i gustinu obrtnog momenta od sličnih radijalnih motora, čime se eliminiše potreba za ekstremno visokim radnim brzinama.
Efikasnost motora sa aksijalnim protokom je takođe veoma visoka, obično prelazi 96%.To je zahvaljujući kraćem, jednodimenzionalnom putu protoka, koji je uporediv ili čak veći po efikasnosti u poređenju sa najboljim 2D motorima radijalnog fluksa na tržištu.
Dužina motora je kraća, obično 5 do 8 puta kraća, a težina je takođe smanjena za 2 do 5 puta.Ova dva faktora su promijenila izbor dizajnera platformi za električna vozila.
2. Tehnologija aksijalnog toka
Postoje dvije glavne topologije zamotori sa aksijalnim protokom: jedan stator sa dvostrukim rotorom (ponekad se nazivaju i mašine u stilu torusa) i dvostruki stator sa jednim rotorom.
Trenutno većina motora s trajnim magnetima koristi topologiju radijalnog fluksa.Krug magnetskog toka počinje s permanentnim magnetom na rotoru, prolazi kroz prvi zub na statoru, a zatim radijalno teče duž statora.Zatim prođite kroz drugi zub da biste došli do drugog magnetnog čelika na rotoru.U topologiji aksijalnog fluksa dvostrukog rotora, petlja fluksa počinje od prvog magneta, prolazi aksijalno kroz zupce statora i odmah stiže do drugog magneta.
To znači da je put fluksa mnogo kraći nego kod motora s radijalnim fluksom, što rezultira manjim volumenom motora, većom gustinom snage i efikasnošću pri istoj snazi.
Radijalni motor, gdje magnetni tok prolazi kroz prvi zub, a zatim se vraća na sljedeći zub kroz stator, dostižući magnet.Magnetski tok prati dvodimenzionalni put.
Putanja magnetskog fluksa mašine sa aksijalnim magnetnim fluksom je jednodimenzionalna, tako da se može koristiti zrnasto orijentisani električni čelik.Ovaj čelik olakšava prolazak fluksa, čime se poboljšava efikasnost.
Motori sa radijalnim fluksom tradicionalno koriste raspoređene namote, pri čemu do polovine krajeva namota ne radi.Prevjes zavojnice će rezultirati dodatnom težinom, troškovima, električnim otporom i većim gubitkom topline, prisiljavajući dizajnere da poboljšaju dizajn namotaja.
Namotaj završavamotori sa aksijalnim protokomsu mnogo manje, a neki dizajni koriste koncentrisane ili segmentirane namote, koji su potpuno efikasni.Kod radijalnih strojeva sa segmentiranim statorom, prekid putanje magnetskog fluksa u statoru može donijeti dodatne gubitke, ali za motore sa aksijalnim fluksom to nije problem.Dizajn namotaja zavojnice je ključ za razlikovanje nivoa dobavljača.
3. Razvoj
Aksijalni motori se suočavaju s ozbiljnim izazovima u dizajnu i proizvodnji, unatoč njihovim tehnološkim prednostima, njihovi troškovi su daleko veći od onih radijalnih motora.Ljudi imaju vrlo temeljno razumijevanje radijalnih motora, a metode proizvodnje i mehanička oprema su također lako dostupni.
Jedan od glavnih izazova motora sa aksijalnim protokom je održavanje ujednačenog zračnog raspora između rotora i statora, budući da je magnetska sila mnogo veća od one kod radijalnih motora, što otežava održavanje ujednačenog zračnog raspora.Motor sa aksijalnim fluksom sa dvostrukim rotorom takođe ima problema sa rasipanjem toplote, jer se namotaj nalazi duboko unutar statora i između dva diska rotora, što otežava disipaciju toplote.
Motore sa aksijalnim protokom je također teško proizvesti iz mnogo razloga.Mašina sa dvostrukim rotorom koja koristi mašinu sa dvostrukim rotorom sa topologijom jarma (tj. uklanjanje gvozdenog jarma sa statora, ali zadržavanje gvozdenih zubaca) prevazilazi neke od ovih problema bez proširenja prečnika motora i magneta.
Međutim, uklanjanje jarma donosi nove izazove, kao što je kako popraviti i pozicionirati pojedinačne zube bez mehaničke veze s jarmom.Hlađenje je takođe veći izazov.
Takođe je teško proizvesti rotor i održavati zračni zazor, jer disk rotora privlači rotor.Prednost je što su diskovi rotora direktno povezani preko prstena osovine, tako da se sile međusobno poništavaju.To znači da unutrašnji ležaj ne podnosi ove sile, a njegova jedina funkcija je da drži stator u srednjem položaju između dva diska rotora.
Dvostatorski motori sa jednim rotorom ne suočavaju se s izazovima kružnih motora, ali je dizajn statora mnogo složeniji i teže ga je postići automatizacijom, a povezani troškovi su također visoki.Za razliku od bilo kojeg tradicionalnog motora radijalnog protoka, procesi proizvodnje aksijalnih motora i mehanička oprema tek su se pojavili nedavno.
4. Primjena električnih vozila
Pouzdanost je ključna u automobilskoj industriji, a dokazuje pouzdanost i robusnost različitihmotori sa aksijalnim protokomuvjeriti proizvođače da su ovi motori pogodni za masovnu proizvodnju oduvijek je bio izazov.Ovo je navelo dobavljače aksijalnih motora da sami provode opsežne programe validacije, pri čemu je svaki dobavljač pokazao da se njihova pouzdanost motora ne razlikuje od tradicionalnih motora radijalnog protoka.
Jedina komponenta koja se može istrošiti uaksijalni fluks motorje ležajevi.Dužina aksijalnog magnetnog fluksa je relativno kratka, a položaj ležajeva je bliži, obično dizajniran da bude malo „predimenzioniran“.Srećom, motor aksijalnog toka ima manju masu rotora i može izdržati niža dinamička opterećenja osovine rotora.Stoga je stvarna sila primijenjena na ležajeve mnogo manja od sile radijalnog motora.
Elektronska osovina je jedna od prvih primjena aksijalnih motora.Tanja širina može obuhvatiti motor i mjenjač u osovini.U hibridnim aplikacijama, kraća aksijalna dužina motora zauzvrat skraćuje ukupnu dužinu sistema prenosa.
Sljedeći korak je ugradnja aksijalnog motora na točak.Na ovaj način, snaga se može direktno prenositi sa motora na točkove, poboljšavajući efikasnost motora.Zbog eliminacije mjenjača, diferencijala i pogonskih vratila, smanjena je i složenost sistema.
Međutim, čini se da se standardne konfiguracije još nisu pojavile.Svaki proizvođač originalne opreme istražuje specifične konfiguracije, jer različite veličine i oblici aksijalnih motora mogu promijeniti dizajn električnih vozila.U poređenju sa radijalnim motorima, aksijalni motori imaju veću gustinu snage, što znači da se mogu koristiti manji aksijalni motori.Ovo pruža nove mogućnosti dizajna za platforme vozila, kao što je postavljanje baterija.
4.1 Segmentirana armatura
YASA (Yokeless and Segmented Armature) topologija motora je primjer topologije sa dva rotora i jednog statora, koja smanjuje složenost proizvodnje i pogodna je za automatiziranu masovnu proizvodnju.Ovi motori imaju gustinu snage do 10 kW/kg pri brzinama od 2000 do 9000 o/min.
Koristeći namjenski kontroler, može osigurati struju od 200 kVA za motor.Kontroler ima zapreminu od približno 5 litara i teži 5,8 kilograma, uključujući termičko upravljanje sa hlađenjem dielektričnim uljem, pogodno za aksijalne motore, kao i za indukcione i radijalne motore.
Ovo omogućava proizvođačima originalne opreme za električna vozila i prvim programerima da fleksibilno odaberu odgovarajući motor na osnovu aplikacije i raspoloživog prostora.Manja veličina i težina čine vozilo lakšim i ima više baterija, čime se povećava domet.
5. Primjena električnih motocikala
Za električne motocikle i ATV, neke kompanije su razvile AC motore sa aksijalnim protokom.Uobičajeni dizajn za ovu vrstu vozila je dizajn aksijalnog fluksa zasnovan na DC četkicama, dok je novi proizvod AC, potpuno zatvoren dizajn bez četkica.
Zavojnice i DC i AC motora ostaju nepomične, ali dvostruki rotori koriste trajne magnete umjesto rotirajućih armatura.Prednost ove metode je što ne zahtijeva mehaničko okretanje unazad.
AC aksijalni dizajn također može koristiti standardne trofazne AC motor kontrolere za radijalne motore.Ovo pomaže u smanjenju troškova, jer kontroler kontrolira struju obrtnog momenta, a ne brzinu.Kontroler zahtijeva frekvenciju od 12 kHz ili više, što je glavna frekvencija takvih uređaja.
Viša frekvencija dolazi od niže induktivnosti namotaja od 20 µH. Frekvencija može kontrolisati struju kako bi se minimiziralo talasanje struje i osiguralo što je moguće glatkiji sinusoidalni signal.Iz dinamičke perspektive, ovo je odličan način da se postigne glatkija kontrola motora omogućavajući brze promjene momenta.
Ovaj dizajn usvaja raspoređeni dvoslojni namotaj, tako da magnetni tok teče od rotora do drugog rotora kroz stator, sa vrlo kratkim putem i većom efikasnošću.
Ključ za ovaj dizajn je da može raditi na maksimalnom naponu od 60 V i nije pogodan za sisteme višeg napona.Stoga se može koristiti za električne motocikle i vozila na četiri točka klase L7e kao što je Renault Twizy.
Maksimalni napon od 60 V omogućava da se motor integriše u glavne električne sisteme od 48 V i pojednostavljuje rad na održavanju.
L7e specifikacije motocikla na sva četiri točka u Evropskoj okvirnoj uredbi 2002/24/EC propisuju da težina vozila koja se koriste za transport robe ne prelazi 600 kilograma, isključujući težinu baterija.Ovim vozilima je dozvoljeno da prevoze najviše 200 kilograma putnika, ne više od 1000 kilograma tereta i ne više od 15 kilovata snage motora.Metoda distribuiranog namotaja može osigurati obrtni moment od 75-100 Nm, sa vršnom izlaznom snagom od 20-25 kW i kontinuiranom snagom od 15 kW.
Izazov aksijalnog fluksa leži u tome kako bakarni namotaji rasipaju toplotu, što je teško jer toplota mora proći kroz rotor.Distribuirani namotaj je ključ za rješavanje ovog problema, jer ima veliki broj utora za polove.Na taj način postoji veća površina između bakra i ljuske, a toplina se može prenijeti na van i ispustiti standardnim tečnim sistemom hlađenja.
Više magnetnih polova je ključno za korištenje sinusoidnih oblika valova, koji pomažu u smanjenju harmonika.Ovi harmonici se manifestuju kao zagrijavanje magneta i jezgra, dok bakrene komponente ne mogu odnijeti toplinu.Kada se toplota akumulira u magnetima i gvozdenim jezgrama, efikasnost se smanjuje, zbog čega je optimizacija talasnog oblika i putanje toplote ključna za performanse motora.
Dizajn motora je optimiziran za smanjenje troškova i postizanje automatizirane masovne proizvodnje.Ekstrudirani prsten za kućište ne zahtijeva složenu mehaničku obradu i može smanjiti troškove materijala.Zavojnica se može direktno namotati i proces vezivanja se koristi tokom procesa namotavanja kako bi se održao ispravan oblik sklopa.
Ključna stvar je da je zavojnica napravljena od standardne komercijalno dostupne žice, dok je gvozdeno jezgro laminirano standardnim odloženim transformatorskim čelikom, koji jednostavno treba izrezati u oblik.Drugi dizajni motora zahtijevaju upotrebu mekih magnetnih materijala u laminaciji jezgre, što može biti skuplje.
Upotreba distribuiranih namotaja znači da magnetni čelik ne mora biti segmentiran;Mogu biti jednostavnijih oblika i lakši za izradu.Smanjenje veličine magnetnog čelika i osiguravanje njegove lakoće proizvodnje ima značajan utjecaj na smanjenje troškova.
Dizajn ovog aksijalnog fluksnog motora također se može prilagoditi prema zahtjevima kupaca.Kupci imaju prilagođene verzije razvijene oko osnovnog dizajna.Zatim se proizvodi na probnoj proizvodnoj liniji za ranu verifikaciju proizvodnje, koja se može replicirati u drugim fabrikama.
Prilagođavanje je uglavnom zbog toga što performanse vozila ne zavise samo od dizajna motora aksijalnog magnetnog toka, već i od kvaliteta strukture vozila, baterije i BMS-a.
Vrijeme objave: Sep-28-2023