У поређењу са моторима са радијалним флуксом, мотори са аксијалним флуксом имају многе предности у дизајну електричних возила. На пример, мотори са аксијалним флуксом могу променити дизајн погонског склопа померањем мотора са осовине на унутрашњост точкова.
1. Оса моћи
Мотори са аксијалним флуксомдобијају све већу пажњу (добијају на снази). Дуги низ година, овај тип мотора се користио у стационарним апликацијама као што су лифтови и пољопривредне машине, али током протекле деценије, многи програмери су радили на побољшању ове технологије и применили је на електричне мотоцикле, аеродромске чауре, теретне камионе, електричне возила, па чак и авионе.
Традиционални мотори радијалног флукса користе трајне магнете или индукционе моторе, који су постигли значајан напредак у оптимизацији тежине и трошкова. Међутим, суочавају се са многим потешкоћама у наставку развоја. Аксијални флукс, потпуно другачији тип мотора, може бити добра алтернатива.
У поређењу са радијалним моторима, ефективна магнетна површина мотора са сталним магнетом аксијалног флукса је површина ротора мотора, а не спољни пречник. Стога, у одређеној запремини мотора, мотори са сталним магнетом са аксијалним флуксом обично могу да обезбеде већи обртни момент.
Мотори са аксијалним флуксомсу компактнији; У поређењу са радијалним моторима, аксијална дужина мотора је много краћа. За моторе са унутрашњим точковима, ово је често пресудан фактор. Компактна структура аксијалних мотора обезбеђује већу густину снаге и густину обртног момента од сличних радијалних мотора, чиме се елиминише потреба за изузетно високим радним брзинама.
Ефикасност мотора са аксијалним флуксом је такође веома висока, обично прелази 96%. Ово је захваљујући краћем, једнодимензионалном путу флукса, који је упоредив или чак већи по ефикасности у поређењу са најбољим 2Д моторима радијалног флукса на тржишту.
Дужина мотора је краћа, обично 5 до 8 пута краћа, а тежина је такође смањена за 2 до 5 пута. Ова два фактора су променила избор дизајнера платформи за електрична возила.
2. Технологија аксијалног флукса
Постоје две главне топологије замотори са аксијалним флуксом: један статор са двоструким ротором (понекад се називају и машине у стилу торуса) и двоструки статор са једним ротором.
Тренутно, већина мотора са трајним магнетима користи топологију радијалног флукса. Круг магнетног флукса почиње сталним магнетом на ротору, пролази кроз први зуб на статору, а затим радијално тече дуж статора. Затим прођите кроз други зуб да бисте дошли до другог магнетног челика на ротору. У топологији аксијалног флукса са двоструким ротором, петља флукса почиње од првог магнета, пролази аксијално кроз зупце статора и одмах стиже до другог магнета.
То значи да је пут флукса много краћи него код мотора радијалног флукса, што резултира мањим запреминама мотора, већом густином снаге и ефикасношћу при истој снази.
Радијални мотор, где магнетни флукс пролази кроз први зуб, а затим се враћа на следећи зуб кроз статор, достижући магнет. Магнетни флукс прати дводимензионални пут.
Путања магнетног флукса машине са аксијалним магнетним флуксом је једнодимензионална, тако да се може користити зрнасто оријентисани електрични челик. Овај челик олакшава пролазак флукса, чиме се побољшава ефикасност.
Мотори са радијалним флуксом традиционално користе распоређене намотаје, при чему до половине крајева намотаја не функционише. Препуст намотаја ће довести до додатне тежине, трошкова, електричног отпора и већег губитка топлоте, приморавајући дизајнере да побољшају дизајн намотаја.
Намотај завршавамотори са аксијалним флуксомсу много мање, а неки дизајни користе концентрисане или сегментиране намотаје, који су потпуно ефикасни. За сегментне радијалне машине статора, руптура путање магнетног флукса у статору може донети додатне губитке, али за моторе са аксијалним флуксом то није проблем. Дизајн намотаја намотаја је кључ за разликовање нивоа добављача.
3. Развој
Мотори са аксијалним флуксом суочавају се са озбиљним изазовима у дизајну и производњи, упркос њиховим технолошким предностима, њихови трошкови су далеко већи од оних код радијалних мотора. Људи имају веома темељно разумевање радијалних мотора, а методе производње и механичка опрема су такође лако доступни.
Један од главних изазова мотора са аксијалним флуксом је одржавање равномерног ваздушног размака између ротора и статора, пошто је магнетна сила много већа од оне код радијалних мотора, што отежава одржавање униформног ваздушног зазора. Мотор са аксијалним флуксом са двоструким ротором такође има проблема са расипањем топлоте, пошто се намотај налази дубоко унутар статора и између два диска ротора, што отежава дисипацију топлоте.
Мотори са аксијалним флуксом су такође тешки за производњу из много разлога. Машина са двоструким ротором која користи машину са двоструким ротором са топологијом јарма (тј. уклањање гвозденог јарма са статора, али задржавање гвоздених зубаца) превазилази неке од ових проблема без проширења пречника мотора и магнета.
Међутим, уклањање јарма доноси нове изазове, као што је како поправити и позиционирати појединачне зубе без механичке везе са јармом. Хлађење је такође већи изазов.
Такође је тешко произвести ротор и одржавати ваздушни зазор, пошто диск ротора привлачи ротор. Предност је што су дискови ротора директно повезани преко прстена осовине, тако да се силе међусобно поништавају. То значи да унутрашњи лежај не издржава ове силе, а његова једина функција је да држи статор у средњем положају између два диска ротора.
Мотори са двоструким статором и једним ротором се не суочавају са изазовима кружних мотора, али је дизајн статора много сложенији и тешко га је постићи аутоматизацијом, а повезани трошкови су такође високи. За разлику од било ког традиционалног мотора радијалног флукса, процеси производње аксијалних мотора и механичка опрема су се појавили тек недавно.
4. Примена електричних возила
Поузданост је кључна у аутомобилској индустрији и доказује поузданост и робусност различитихмотори са аксијалним флуксомубедити произвођаче да су ови мотори погодни за масовну производњу одувек је био изазов. Ово је подстакло добављаче аксијалних мотора да сами спроводе опсежне програме валидације, при чему је сваки добављач показао да се њихова поузданост мотора не разликује од традиционалних мотора са радијалним флуксом.
Једина компонента која се може истрошити уаксијални флукс моторје лежајеви. Дужина аксијалног магнетног флукса је релативно кратка, а положај лежајева је ближи, обично дизајниран да буде мало „превелик“. На срећу, мотор са аксијалним флуксом има мању масу ротора и може издржати нижа динамичка оптерећења ротора. Због тога је стварна сила примењена на лежајеве много мања од силе радијалног мотора.
Електронска осовина је једна од првих примена аксијалних мотора. Тања ширина може да обухвати мотор и мењач у осовини. У хибридним применама, краћа аксијална дужина мотора заузврат скраћује укупну дужину система преноса.
Следећи корак је уградња аксијалног мотора на точак. На овај начин, снага се може директно преносити са мотора на точкове, побољшавајући ефикасност мотора. Због елиминације мењача, диференцијала и погонских вратила, сложеност система је такође смањена.
Међутим, чини се да се стандардне конфигурације још нису појавиле. Сваки произвођач оригиналне опреме истражује специфичне конфигурације, јер различите величине и облици аксијалних мотора могу променити дизајн електричних возила. У поређењу са радијалним моторима, аксијални мотори имају већу густину снаге, што значи да се могу користити мањи аксијални мотори. Ово пружа нове могућности дизајна за платформе возила, као што је постављање батерија.
4.1 Сегментна арматура
ИАСА (Иокелесс анд Сегментед Арматуре) топологија мотора је пример топологије са двоструким ротором и једним статором, која смањује сложеност производње и погодна је за аутоматизовану масовну производњу. Ови мотори имају густину снаге до 10 кВ/кг при брзинама од 2000 до 9000 о/мин.
Користећи наменски контролер, може да обезбеди струју од 200 кВА за мотор. Контролер има запремину од приближно 5 литара и тежи 5,8 килограма, укључујући термичко управљање са хлађењем диелектричним уљем, погодно за моторе са аксијалним протоком, као и за индукционе и радијалне моторе.
Ово омогућава произвођачима оригиналне опреме за електрична возила и првим програмерима да флексибилно одаберу одговарајући мотор на основу апликације и расположивог простора. Мања величина и тежина чине возило лакшим и има више батерија, чиме се повећава домет.
5. Примена електричних мотоцикала
За електричне мотоцикле и АТВ, неке компаније су развиле моторе са аксијалним флуксом. Уобичајени дизајн за ову врсту возила је дизајн аксијалног флукса заснован на ДЦ четкицама, док је нови производ АЦ, потпуно затворен дизајн без четкица.
Намотаји и ДЦ и АЦ мотора остају непокретни, али двоструки ротори користе трајне магнете уместо ротирајућих арматура. Предност ове методе је у томе што не захтева механичко окретање уназад.
Аксијални дизајн наизменичне струје такође може да користи стандардне трофазне АЦ мотор контролере за радијалне моторе. Ово помаже у смањењу трошкова, јер контролер контролише струју обртног момента, а не брзину. Контролер захтева фреквенцију од 12 кХз или више, што је главна фреквенција таквих уређаја.
Виша фреквенција долази од ниже индуктивности намотаја од 20 µХ. Фреквенција може да контролише струју да би се минимизирало таласање струје и обезбедило што је могуће глаткији синусоидални сигнал. Из динамичке перспективе, ово је одличан начин да се постигне глаткија контрола мотора омогућавањем брзих промена обртног момента.
Овај дизајн усваја распоређени двослојни намотај, тако да магнетни флукс тече од ротора до другог ротора кроз статор, са веома кратким путем и већом ефикасношћу.
Кључ за овај дизајн је да може да ради на максималном напону од 60 В и није погодан за системе вишег напона. Стога се може користити за електричне мотоцикле и возила на четири точка класе Л7е као што је Ренаулт Твизи.
Максимални напон од 60 В омогућава да се мотор интегрише у главне електричне системе од 48 В и поједностављује рад на одржавању.
Л7е спецификације мотоцикла на сва четири точка у Европској оквирној уредби 2002/24/ЕЦ предвиђају да тежина возила која се користе за превоз робе не прелази 600 килограма, искључујући тежину батерија. Овим возилима је дозвољено да превозе највише 200 килограма путника, не више од 1000 килограма терета и не више од 15 киловата снаге мотора. Метода дистрибуираног намотаја може да обезбеди обртни момент од 75-100 Нм, са вршном излазном снагом од 20-25 кВ и континуираном снагом од 15 кВ.
Изазов аксијалног флукса лежи у томе како бакарни намотаји расипају топлоту, што је тешко јер топлота мора проћи кроз ротор. Дистрибуирани намотај је кључ за решавање овог проблема, јер има велики број утора за полове. На овај начин постоји већа површина између бакра и љуске, а топлота се може пренети напоље и испустити стандардним системом течног хлађења.
Више магнетних полова је кључно за коришћење синусоидних таласних облика, који помажу у смањењу хармоника. Ови хармоници се манифестују као загревање магнета и језгра, док бакарне компоненте не могу да однесу топлоту. Када се топлота акумулира у магнетима и гвозденим језгрима, ефикасност се смањује, због чега је оптимизација таласног облика и путање топлоте кључна за перформансе мотора.
Дизајн мотора је оптимизован за смањење трошкова и постизање аутоматизоване масовне производње. Екструдирани прстен за кућиште не захтева сложену механичку обраду и може смањити трошкове материјала. Завојница се може директно намотати и процес везивања се користи током процеса намотавања да би се одржао исправан облик склопа.
Кључна ствар је да је завојница направљена од стандардне комерцијално доступне жице, док је гвоздено језгро ламинирано стандардним одложеним трансформаторским челиком, који једноставно треба исећи у облик. Други дизајни мотора захтевају употребу меких магнетних материјала у ламинацији језгра, што може бити скупље.
Употреба дистрибуираних намотаја значи да магнетни челик не мора бити сегментиран; Могу бити једноставнијих облика и лакши за производњу. Смањење величине магнетног челика и обезбеђивање његове лакоће производње има значајан утицај на смањење трошкова.
Дизајн овог мотора са аксијалним флуксом се такође може прилагодити захтевима купаца. Купци имају прилагођене верзије развијене око основног дизајна. Затим се производи на пробној производној линији за рану верификацију производње, која се може реплицирати у другим фабрикама.
Прилагођавање је углавном зато што перформансе возила не зависе само од дизајна мотора са аксијалним магнетним флуксом, већ и од квалитета структуре возила, батерије и БМС-а.
Време поста: 28.09.2023
