A radiális fluxusmotorokhoz képest az axiális fluxusmotorok számos előnnyel rendelkeznek az elektromos járművek tervezésében. Például az axiális fluxusmotorok megváltoztathatják a hajtáslánc kialakítását, ha a motort a tengelyről a kerekek belsejébe mozgatják.
1. Erőtengely
Axiális fluxus motorokegyre nagyobb figyelmet kapnak (nyerje el a tapadást). Az ilyen típusú motorokat sok éven át használták helyhez kötött alkalmazásokban, például felvonókban és mezőgazdasági gépekben, de az elmúlt évtizedben sok fejlesztő dolgozott e technológia továbbfejlesztésén, és elektromos motorkerékpárokon, reptéri rakodógépeken, teherautókon, elektromos járműveken. járműveket, sőt repülőket is.
A hagyományos radiális fluxusmotorok állandó mágneseket vagy indukciós motorokat használnak, amelyek jelentős előrelépést tettek a súly és a költségek optimalizálása terén. Azonban sok nehézséggel kell szembenézniük a fejlődés folytatása során. Az axiális fluxus, egy teljesen más típusú motor jó alternatíva lehet.
A radiális motorokhoz képest az axiális fluxusú állandó mágneses motorok effektív mágneses felülete a motor forgórészének felülete, nem pedig a külső átmérője. Ezért egy bizonyos térfogatú motornál az axiális fluxusú állandó mágneses motorok általában nagyobb nyomatékot tudnak biztosítani.
Axiális fluxus motorokkompaktabbak; A radiális motorokhoz képest a motor axiális hossza sokkal rövidebb. A belső kerékmotorok esetében ez gyakran döntő tényező. Az axiális motorok kompakt felépítése nagyobb teljesítménysűrűséget és nyomatéksűrűséget biztosít, mint a hasonló radiális motoroké, így nincs szükség rendkívül nagy üzemi fordulatszámra.
Az axiális fluxusmotorok hatásfoka is nagyon magas, általában meghaladja a 96%-ot. Ez a rövidebb, egydimenziós fluxusútnak köszönhető, amely a piacon elérhető legjobb 2D radiális fluxusmotorokhoz képest összehasonlítható, vagy még nagyobb hatékonyságú.
A motor hossza rövidebb, általában 5-8-szor rövidebb, és a tömeg is 2-5-ször csökken. Ez a két tényező megváltoztatta az elektromos járművek platformtervezőinek választását.
2. Axiális fluxus technológia
Két fő topológiája létezikaxiális fluxusmotorok: kétrotoros egyállórész (néha tórusz típusú gépeknek nevezik) és egy rotoros kettős állórész.
Jelenleg a legtöbb állandó mágneses motor radiális fluxus topológiát használ. A mágneses fluxuskör egy állandó mágnessel indul a forgórészen, áthalad az állórész első fogán, majd sugárirányban folyik végig az állórészen. Ezután haladjon át a második fogon, hogy elérje a második mágneses acélt a rotoron. A kettős rotoros axiális fluxus topológiában a fluxushurok az első mágnestől indul, axiálisan áthalad az állórész fogain, és azonnal eléri a második mágnest.
Ez azt jelenti, hogy a fluxusút sokkal rövidebb, mint a radiális fluxusmotoroké, ami kisebb motortérfogatot, nagyobb teljesítménysűrűséget és hatékonyságot eredményez azonos teljesítmény mellett.
Radiális motor, ahol a mágneses fluxus áthalad az első fogon, majd az állórészen keresztül visszatér a következő foghoz, elérve a mágnest. A mágneses fluxus kétdimenziós utat követ.
Az axiális mágneses fluxusgép mágneses fluxusútja egydimenziós, így szemcseorientált elektromos acél használható. Ez az acél megkönnyíti a fluxus átjutását, ezáltal javítja a hatékonyságot.
A radiális fluxusmotorok hagyományosan elosztott tekercselést használnak, és a tekercsvégek fele nem működik. A tekercs túlnyúlása további súlyt, költséget, elektromos ellenállást és nagyobb hőveszteséget eredményez, ami arra kényszeríti a tervezőket, hogy javítsák a tekercstervezést.
A tekercs végeiaxiális fluxusmotoroksokkal kevesebb, és egyes kialakítások koncentrált vagy szegmentált tekercseket használnak, amelyek teljesen hatékonyak. A szegmentált állórészes radiális gépeknél az állórészben a mágneses fluxus útszakadása további veszteségeket hozhat, de axiális fluxusmotoroknál ez nem jelent problémát. A tekercs tekercsének kialakítása a kulcs a szállítók szintjének megkülönböztetéséhez.
3. Fejlesztés
Az axiális fluxusmotorok tervezése és gyártása során komoly kihívásokkal néz szembe, technológiai előnyeik ellenére költségük jóval magasabb, mint a radiális motoroké. Az emberek nagyon alaposan ismerik a radiális motorokat, és a gyártási módszerek és a mechanikus berendezések is könnyen elérhetőek.
Az axiális fluxusmotorok egyik fő kihívása az egyenletes légrés fenntartása a forgórész és az állórész között, mivel a mágneses erő sokkal nagyobb, mint a radiális motoroké, ami megnehezíti az egyenletes légrés fenntartását. A kétrotoros axiális fluxusmotornak is vannak hőelvezetési problémái, mivel a tekercs mélyen az állórészen belül és a két rotortárcsa között helyezkedik el, ami nagyon megnehezíti a hőleadást.
Az axiális fluxusmotorok gyártása több okból is nehézkes. A kettős forgórészes gép, amely kettős forgórészes gépet használ, és jármos topológiával (azaz eltávolítja a vaskeretet az állórészről, de megtartja a vasfogakat), a motor átmérőjének és a mágnesnek a növelése nélkül megoldja ezeket a problémákat.
A járom eltávolítása azonban új kihívásokat jelent, mint például az egyes fogak rögzítése és elhelyezése mechanikus járomcsatlakozás nélkül. A hűtés is nagyobb kihívás.
A rotor előállítása és a légrés fenntartása is nehézkes, mivel a rotortárcsa vonzza a rotort. Előnye, hogy a rotortárcsák egy tengelygyűrűn keresztül közvetlenül össze vannak kötve, így az erők kioltják egymást. Ez azt jelenti, hogy a belső csapágy nem viseli el ezeket az erőket, és egyetlen funkciója az, hogy az állórészt a két rotortárcsa között középső helyzetben tartsa.
A dupla állórészes egyrotoros motorok nem szembesülnek a körkörös motorok kihívásaival, de az állórész kialakítása sokkal bonyolultabb és nehezebben automatizálható, és a kapcsolódó költségek is magasak. A hagyományos radiális fluxusmotoroktól eltérően az axiális motorgyártási eljárások és a mechanikus berendezések csak nemrégiben jelentek meg.
4. Elektromos járművek alkalmazása
A megbízhatóság kulcsfontosságú az autóiparban, és bizonyítja a különböző termékek megbízhatóságát és robusztusságátaxiális fluxusmotorokmindig is kihívás volt meggyőzni a gyártókat arról, hogy ezek a motorok alkalmasak tömeggyártásra. Ez arra késztette az axiális motorok beszállítóit, hogy önállóan hajtsanak végre kiterjedt hitelesítési programokat, és mindegyik beszállító bizonyítsa, hogy a motorok megbízhatósága nem különbözik a hagyományos radiális fluxusmotorokétól.
Az egyetlen alkatrész, amely elhasználódhat egyaxiális fluxus motora csapágyak. Az axiális mágneses fluxus hossza viszonylag rövid, és a csapágyak helyzete közelebb van, általában kissé „túlméretezettre” tervezték. Szerencsére az axiális fluxusmotor kisebb rotortömegű, és kisebb rotordinamikus tengelyterhelést is elvisel. Ezért a csapágyakra kifejtett tényleges erő sokkal kisebb, mint a radiális fluxusmotoré.
Az elektronikus tengely az axiális motorok egyik első alkalmazása. A vékonyabb szélesség a motort és a sebességváltót a tengelybe zárhatja. A hibrid alkalmazásokban a motor rövidebb tengelyirányú hossza viszont lerövidíti az átviteli rendszer teljes hosszát.
A következő lépés az axiális motor felszerelése a kerékre. Ily módon az erő közvetlenül a motorról a kerekekre továbbítható, javítva a motor hatékonyságát. A sebességváltók, differenciálművek és hajtótengelyek kiiktatása miatt a rendszer összetettsége is csökkent.
Úgy tűnik azonban, hogy a szabványos konfigurációk még nem jelentek meg. Minden eredeti berendezésgyártó speciális konfigurációkat kutat, mivel az axiális motorok különböző méretei és formái megváltoztathatják az elektromos járművek kialakítását. A radiális motorokhoz képest az axiális motorok teljesítménysűrűsége nagyobb, ami azt jelenti, hogy kisebb axiális motorok is használhatók. Ez új tervezési lehetőségeket biztosít a járműplatformokhoz, például az akkumulátorcsomagok elhelyezéséhez.
4.1 Szegmentált armatúra
A YASA (Yokeless and Segmented Armature) motortopológia egy példa a kétrotoros egyállórészes topológiára, amely csökkenti a gyártás bonyolultságát és alkalmas automatizált tömeggyártásra. Ezeknek a motoroknak a teljesítménysűrűsége akár 10 kW/kg is lehet 2000 és 9000 ford./perc közötti fordulatszámon.
Egy dedikált vezérlő segítségével 200 kVA áramot tud biztosítani a motor számára. A vezérlő körülbelül 5 literes térfogatú és 5,8 kilogrammot nyom, beleértve a dielektromos olajhűtéssel ellátott hőkezelést is, amely alkalmas axiális fluxusmotorokhoz, valamint indukciós és radiális fluxusmotorokhoz.
Ez lehetővé teszi az elektromos járművek eredeti berendezés-gyártóinak és az első osztályú fejlesztőknek, hogy rugalmasan válasszák ki a megfelelő motort az alkalmazás és a rendelkezésre álló hely alapján. A kisebb méret és tömeg a járművet könnyebbé teszi, és több akkumulátorral rendelkezik, ami növeli a hatótávolságot.
5. Elektromos motorkerékpárok alkalmazása
Az elektromos motorkerékpárokhoz és ATV-khez egyes vállalatok váltakozó áramú axiális fluxusmotorokat fejlesztettek ki. Az ilyen típusú járművek általánosan használt kialakítása egyenáramú kefe alapú axiális fluxus, míg az új termék váltakozó áramú, teljesen zárt kefe nélküli kivitel.
Mind az egyen-, mind a váltakozó áramú motorok tekercsei álló helyzetben maradnak, de a kettős rotorok állandó mágneseket használnak forgó armatúrák helyett. A módszer előnye, hogy nem igényel mechanikus irányváltást.
Az AC axiális kialakítás szabványos háromfázisú váltakozó áramú motorvezérlőket is használhat radiális motorokhoz. Ez segít csökkenteni a költségeket, mivel a vezérlő a nyomaték áramát szabályozza, nem a sebességet. A vezérlőhöz legalább 12 kHz-es frekvencia szükséges, ami az ilyen eszközök fő frekvenciája.
A magasabb frekvencia az alacsonyabb, 20 µH tekercs induktivitásból származik. A frekvencia képes szabályozni az áramot, hogy minimalizálja az áram hullámzását, és a lehető legsimább szinuszos jelet biztosítsa. Dinamikus szempontból ez egy nagyszerű módja annak, hogy egyenletesebb motorvezérlést érjünk el a gyors nyomatékváltozások lehetővé tételével.
Ez a kialakítás elosztott kétrétegű tekercselést alkalmaz, így a mágneses fluxus a rotorról egy másik rotorra áramlik az állórészen keresztül, nagyon rövid úton és nagyobb hatékonysággal.
Ennek a kialakításnak a kulcsa, hogy maximum 60 V feszültséggel tud működni, és nem alkalmas nagyobb feszültségű rendszerekhez. Ezért használható elektromos motorkerékpárokhoz és L7e osztályú négykerekű járművekhez, mint például a Renault Twizy.
A 60 V-os maximális feszültség lehetővé teszi a motor beépítését a fő 48 V-os elektromos rendszerekbe, és leegyszerűsíti a karbantartási munkákat.
A 2002/24/EK európai keretrendeletben szereplő L7e négykerekű motorkerékpárok előírásai előírják, hogy az áruszállításra használt járművek tömege nem haladja meg a 600 kilogrammot, az akkumulátorok tömege nélkül. Ezek a járművek legfeljebb 200 kilogramm utast, legfeljebb 1000 kilogrammot rakományt és legfeljebb 15 kilowatt motorteljesítményt szállíthatnak. Az elosztott tekercselési módszer 75-100 Nm nyomatékot, 20-25 kW csúcsteljesítményt és 15 kW folyamatos teljesítményt biztosít.
Az axiális fluxus kihívása abban rejlik, hogy a réztekercsek hogyan vezetik el a hőt, ami nehéz, mert a hőnek át kell haladnia a forgórészen. Az elosztott tekercselés a kulcs a probléma megoldásához, mivel nagyszámú pólusrésszel rendelkezik. Ily módon nagyobb felület van a réz és a héj között, és a hőt kifelé lehet vinni és egy szabványos folyadékhűtő rendszerrel elvezetni.
A több mágneses pólus kulcsfontosságú a szinuszos hullámformák használatához, amelyek segítenek csökkenteni a harmonikusokat. Ezek a harmonikusok a mágnesek és a mag felmelegedésében nyilvánulnak meg, míg a réz alkatrészek nem tudják elvinni a hőt. Amikor a hő felhalmozódik a mágnesekben és a vasmagokban, a hatékonyság csökken, ezért a hullámforma és a hőút optimalizálása kulcsfontosságú a motor teljesítménye szempontjából.
A motor kialakítását a költségek csökkentése és az automatizált tömeggyártás elérése érdekében optimalizálták. Az extrudált házgyűrű nem igényel bonyolult mechanikai feldolgozást, és csökkentheti az anyagköltségeket. A tekercs közvetlenül feltekerhető, és a tekercselési folyamat során ragasztási eljárást alkalmaznak a megfelelő összeállítási forma megtartása érdekében.
A lényeg az, hogy a tekercs szabványos, kereskedelemben kapható huzalból készül, míg a vasmag standard lerakott polctranszformátor acélból van laminálva, amit egyszerűen formára kell vágni. Más motortervek lágy mágneses anyagok használatát teszik szükségessé a mag laminálásához, ami drágább lehet.
Az elosztott tekercsek használata azt jelenti, hogy a mágneses acélt nem kell szegmentálni; Lehetnek egyszerűbb formájúak és könnyebben gyárthatók. A mágneses acél méretének csökkentése és a könnyű gyártás biztosítása jelentős hatással van a költségek csökkentésére.
Ennek az axiális fluxusmotornak a kialakítása az ügyfelek igényei szerint is testreszabható. Az ügyfelek testreszabott változatai vannak az alapkialakítás köré fejlesztve. Ezután próba gyártósoron gyártják a korai gyártásellenőrzés érdekében, amely más gyárakban is megismételhető.
A személyre szabás elsősorban azért van így, mert a jármű teljesítménye nem csak az axiális mágneses fluxusmotor kialakításától függ, hanem a jármű szerkezetének, az akkumulátorcsomagnak és a BMS-nek a minőségétől is.
Feladás időpontja: 2023.09.28
