Krahasuar me motorët me fluks radial, motorët me fluks aksial kanë shumë përparësi në projektimin e automjeteve elektrike. Për shembull, motorët me fluks aksial mund të ndryshojnë projektimin e sistemit të fuqisë duke e zhvendosur motorin nga boshti në pjesën e brendshme të rrotave.
1. Boshti i pushtetit
Motorë me fluks aksialpo marrin vëmendje gjithnjë e më të madhe (po fitojnë terren). Për shumë vite, ky lloj motori është përdorur në aplikime stacionare si ashensorë dhe makineri bujqësore, por gjatë dekadës së fundit, shumë zhvillues kanë punuar për ta përmirësuar këtë teknologji dhe për ta aplikuar atë në motoçikleta elektrike, kapsolla aeroportuale, kamionë mallrash, automjete elektrike dhe madje edhe aeroplanë.
Motorët tradicionalë me fluks radial përdorin magnete të përhershëm ose motorë induksioni, të cilët kanë bërë përparim të konsiderueshëm në optimizimin e peshës dhe kostos. Megjithatë, ata përballen me shumë vështirësi në vazhdimin e zhvillimit. Fluksi aksial, një lloj motori krejtësisht i ndryshëm, mund të jetë një alternativë e mirë.
Krahasuar me motorët radialë, sipërfaqja efektive magnetike e motorëve me magnet të përhershëm me fluks aksial është sipërfaqja e rotorit të motorit, jo diametri i jashtëm. Prandaj, në një vëllim të caktuar motori, motorët me magnet të përhershëm me fluks aksial zakonisht mund të ofrojnë çift rrotullues më të madh.
Motorë me fluks aksialjanë më kompaktë; Krahasuar me motorët radialë, gjatësia aksiale e motorit është shumë më e shkurtër. Për motorët me rrota të brendshme, ky është shpesh një faktor vendimtar. Struktura kompakte e motorëve aksialë siguron dendësi më të lartë të fuqisë dhe dendësi çift rrotullues sesa motorët e ngjashëm radialë, duke eliminuar kështu nevojën për shpejtësi jashtëzakonisht të larta operimi.
Efikasiteti i motorëve me fluks aksial është gjithashtu shumë i lartë, zakonisht mbi 96%. Kjo falë rrugës më të shkurtër, njëdimensionale të fluksit, e cila është e krahasueshme ose edhe më e lartë në efikasitet krahasuar me motorët më të mirë me fluks radial 2D në treg.
Gjatësia e motorit është më e shkurtër, zakonisht 5 deri në 8 herë më e shkurtër, dhe pesha është gjithashtu e reduktuar me 2 deri në 5 herë. Këta dy faktorë kanë ndryshuar zgjedhjen e projektuesve të platformave të automjeteve elektrike.
2. Teknologjia e fluksit aksial
Ekzistojnë dy topologji kryesore përmotorë me fluks aksial: stator i vetëm me rotor të dyfishtë (ndonjëherë të referuara si makina të stilit torus) dhe stator i dyfishtë me rotor të vetëm.
Aktualisht, shumica e motorëve me magnet të përhershëm përdorin topologjinë e fluksit radial. Qarku i fluksit magnetik fillon me një magnet të përhershëm në rotor, kalon nëpër dhëmbin e parë në stator dhe pastaj rrjedh në mënyrë radiale përgjatë statorit. Pastaj kalon nëpër dhëmbin e dytë për të arritur çelikun e dytë magnetik në rotor. Në një topologji fluksi aksial me rotor të dyfishtë, lakja e fluksit fillon nga magneti i parë, kalon në mënyrë aksiale nëpër dhëmbët e statorit dhe arrin menjëherë magnetin e dytë.
Kjo do të thotë që rruga e fluksit është shumë më e shkurtër se ajo e motorëve me fluks radial, duke rezultuar në vëllime më të vogla të motorit, dendësi më të lartë të fuqisë dhe efikasitet në të njëjtën fuqi.
Një motor radial, ku fluksi magnetik kalon nëpër dhëmbin e parë dhe pastaj kthehet te dhëmbi tjetër nëpërmjet statorit, duke arritur te magneti. Fluksi magnetik ndjek një rrugë dy-dimensionale.
Rruga e fluksit magnetik të një makine me fluks magnetik aksial është njëdimensionale, kështu që mund të përdoret çelik elektrik i orientuar me kokrriza. Ky çelik e bën më të lehtë kalimin e fluksit, duke përmirësuar kështu efikasitetin.
Motorët me fluks radial tradicionalisht përdorin dredha-dredha të shpërndara, ku deri në gjysmën e skajeve të dredha-dredhave nuk funksionojnë. Mbingarkesa e bobinës do të rezultojë në peshë, kosto, rezistencë elektrike dhe më shumë humbje të nxehtësisë shtesë, duke i detyruar projektuesit të përmirësojnë projektimin e dredha-dredhave.
Skajet e spirales sëmotorë me fluks aksialjanë shumë më pak, dhe disa dizajne përdorin dredha-dredha të përqendruara ose të segmentuara, të cilat janë plotësisht efektive. Për makinat radiale me stator të segmentuar, këputja e rrugës së fluksit magnetik në stator mund të sjellë humbje shtesë, por për motorët me fluks aksial, ky nuk është problem. Dizajni i dredha-dredhave të spirales është çelësi për të dalluar nivelin e furnizuesve.
3. Zhvillimi
Motorët me fluks aksial përballen me disa sfida serioze në projektim dhe prodhim. Pavarësisht avantazheve të tyre teknologjike, kostot e tyre janë shumë më të larta se ato të motorëve radialë. Njerëzit kanë një kuptim shumë të plotë të motorëve radialë, dhe metodat e prodhimit dhe pajisjet mekanike janë gjithashtu lehtësisht të disponueshme.
Një nga sfidat kryesore të motorëve me fluks aksial është ruajtja e një boshllëku ajri uniform midis rotorit dhe statorit, pasi forca magnetike është shumë më e madhe se ajo e motorëve radialë, duke e bërë të vështirë ruajtjen e një boshllëku ajri uniform. Motori me fluks aksial me rotor të dyfishtë ka gjithashtu probleme me shpërndarjen e nxehtësisë, pasi dredha-dredha ndodhet thellë brenda statorit dhe midis dy disqeve të rotorit, duke e bërë shumë të vështirë shpërndarjen e nxehtësisë.
Motorët me fluks aksial janë gjithashtu të vështirë për t'u prodhuar për shumë arsye. Makina me dy rotorë që përdor një makinë me dy rotorë me një topologji zgjedhash (domethënë heqja e zgjedhës së hekurit nga statori, por mbajtja e dhëmbëve të hekurit) kapërcen disa nga këto probleme pa zgjeruar diametrin e motorit dhe magnetin.
Megjithatë, heqja e zgjedhës sjell sfida të reja, të tilla si mënyra e rregullimit dhe pozicionimit të dhëmbëve individualë pa një lidhje mekanike të zgjedhës. Ftohja është gjithashtu një sfidë më e madhe.
Është gjithashtu e vështirë të prodhohet rotori dhe të ruhet boshllëku i ajrit, pasi disku i rotorit tërheq rotorin. Avantazhi është se disqet e rotorit janë të lidhura drejtpërdrejt përmes një unaze boshti, kështu që forcat anulojnë njëra-tjetrën. Kjo do të thotë që kushineta e brendshme nuk i përballon këto forca dhe funksioni i saj i vetëm është të mbajë statorin në pozicionin e mesëm midis dy disqeve të rotorit.
Motorët me dy statorë dhe një rotor të vetëm nuk përballen me sfidat e motorëve rrethorë, por dizajni i statorit është shumë më kompleks dhe i vështirë për t'u arritur automatizimi, dhe kostot përkatëse janë gjithashtu të larta. Ndryshe nga çdo motor tradicional me fluks radial, proceset e prodhimit të motorëve me akse dhe pajisjet mekanike kanë dalë vetëm kohët e fundit.
4. Zbatimi i automjeteve elektrike
Besueshmëria është thelbësore në industrinë e automobilave dhe vërteton besueshmërinë dhe qëndrueshmërinë e llojeve të ndryshme.motorë me fluks aksialTë bindësh prodhuesit se këta motorë janë të përshtatshëm për prodhim masiv ka qenë gjithmonë një sfidë. Kjo i ka shtyrë furnizuesit e motorëve me boshte të kryejnë programe të gjera validimi vetë, ku secili furnizues ka demonstruar se besueshmëria e motorit të tyre nuk është e ndryshme nga motorët tradicionalë me fluks radial.
I vetmi komponent që mund të konsumohet në njëmotor me fluks aksialështë kushinetat. Gjatësia e fluksit magnetik aksial është relativisht e shkurtër dhe pozicioni i kushinetave është më afër, zakonisht të projektuara për t'u "mbidimensionuar" pak. Për fat të mirë, motori me fluks aksial ka një masë më të vogël të rotorit dhe mund t'i rezistojë ngarkesave më të ulëta dinamike të boshtit të rotorit. Prandaj, forca aktuale e aplikuar në kushineta është shumë më e vogël se ajo e motorit me fluks radial.
Boshti elektronik është një nga aplikimet e para të motorëve aksialë. Gjerësia më e hollë mund ta përfshijë motorin dhe kutinë e shpejtësisë në bosht. Në aplikimet hibride, gjatësia aksiale më e shkurtër e motorit nga ana tjetër shkurton gjatësinë totale të sistemit të transmisionit.
Hapi tjetër është instalimi i motorit aksial në rrotë. Në këtë mënyrë, fuqia mund të transmetohet drejtpërdrejt nga motori te rrotat, duke përmirësuar efikasitetin e motorit. Për shkak të eliminimit të transmisioneve, diferencialeve dhe boshteve të transmisionit, është zvogëluar edhe kompleksiteti i sistemit.
Megjithatë, duket se konfigurimet standarde nuk janë shfaqur ende. Çdo prodhues i pajisjeve origjinale po bën kërkime mbi konfigurime specifike, pasi madhësitë dhe format e ndryshme të motorëve aksialë mund të ndryshojnë projektimin e automjeteve elektrike. Krahasuar me motorët radialë, motorët aksialë kanë një dendësi më të lartë fuqie, që do të thotë se mund të përdoren motorë aksialë më të vegjël. Kjo ofron mundësi të reja projektimi për platformat e automjeteve, siç është vendosja e paketave të baterive.
4.1 Armatura e segmentuar
Topologjia e motorit YASA (Armaturë pa zgjedhë dhe e segmentuar) është një shembull i një topologjie me dy rotorë dhe një stator të vetëm, e cila zvogëlon kompleksitetin e prodhimit dhe është e përshtatshme për prodhim masiv të automatizuar. Këta motorë kanë një dendësi fuqie deri në 10 kW/kg në shpejtësi nga 2000 deri në 9000 rpm.
Duke përdorur një kontrollues të dedikuar, ai mund të sigurojë një rrymë prej 200 kVA për motorin. Kontrolluesi ka një vëllim prej afërsisht 5 litrash dhe peshon 5.8 kilogramë, duke përfshirë menaxhimin termik me ftohje me vaj dielektrik, i përshtatshëm për motorët me fluks aksial, si dhe për motorët me fluks induksioni dhe radial.
Kjo u lejon prodhuesve të pajisjeve origjinale të automjeteve elektrike dhe zhvilluesve të nivelit të parë të zgjedhin në mënyrë fleksibile motorin e duhur bazuar në aplikim dhe hapësirën e disponueshme. Madhësia dhe pesha më e vogël e bëjnë automjetin më të lehtë dhe të ketë më shumë bateri, duke rritur kështu rritjen e autonomisë.
5. Zbatimi i motoçikletave elektrike
Për motoçikletat elektrike dhe ATV-të, disa kompani kanë zhvilluar motorë me fluks aksial AC. Dizajni i përdorur zakonisht për këtë lloj automjeti është ai me fluks aksial të bazuar në furça DC, ndërsa produkti i ri është një dizajn pa furça AC, plotësisht i mbyllur.
Bobinat e motorëve DC dhe AC mbeten të palëvizshme, por rotorët e dyfishtë përdorin magnete të përhershëm në vend të armaturave rrotulluese. Avantazhi i kësaj metode është se nuk kërkon kthim mekanik.
Dizajni aksial i AC mund të përdorë gjithashtu kontrollues standardë trefazorë të motorëve AC për motorët radialë. Kjo ndihmon në uljen e kostove, pasi kontrolluesi kontrollon rrymën e çift rrotullues, jo shpejtësinë. Kontrolluesi kërkon një frekuencë prej 12 kHz ose më të lartë, e cila është frekuenca kryesore e pajisjeve të tilla.
Frekuenca më e lartë vjen nga induktanca më e ulët e mbështjelljes prej 20 µ H. Frekuenca mund të kontrollojë rrymën për të minimizuar valëzimin e rrymës dhe për të siguruar një sinjal sinusoidal sa më të qetë të jetë e mundur. Nga një perspektivë dinamike, kjo është një mënyrë e shkëlqyer për të arritur një kontroll më të butë të motorit duke lejuar ndryshime të shpejta të momentit rrotullues.
Ky dizajn përdor një dredhje të shpërndarë me dy shtresa, kështu që fluksi magnetik rrjedh nga rotori në një rotor tjetër përmes statorit, me një rrugë shumë të shkurtër dhe efikasitet më të lartë.
Çelësi i këtij dizajni është se mund të funksionojë me një tension maksimal prej 60 V dhe nuk është i përshtatshëm për sisteme me tension më të lartë. Prandaj, mund të përdoret për motoçikleta elektrike dhe automjete me katër rrota të klasit L7e, siç është Renault Twizy.
Tensioni maksimal prej 60 V lejon që motori të integrohet në sistemet elektrike kryesore 48 V dhe thjeshton punën e mirëmbajtjes.
Specifikimet e motoçikletave me katër rrota L7e në Rregulloren Kornizë Evropiane 2002/24/KE përcaktojnë që pesha e automjeteve të përdorura për transportin e mallrave nuk i kalon 600 kilogramët, duke përjashtuar peshën e baterive. Këto automjete lejohen të mbajnë jo më shumë se 200 kilogramë pasagjerë, jo më shumë se 1000 kilogramë ngarkesë dhe jo më shumë se 15 kilovat fuqi motori. Metoda e mbështjelljes së shpërndarë mund të sigurojë një çift rrotullues prej 75-100 Nm, me një fuqi dalëse maksimale prej 20-25 kW dhe një fuqi të vazhdueshme prej 15 kW.
Sfida e fluksit aksial qëndron në mënyrën se si mbështjelljet e bakrit e shpërndajnë nxehtësinë, gjë që është e vështirë sepse nxehtësia duhet të kalojë nëpër rotor. Mbështjellja e shpërndarë është çelësi për zgjidhjen e këtij problemi, pasi ka një numër të madh të çarjeve të poleve. Në këtë mënyrë, ekziston një sipërfaqe më e madhe midis bakrit dhe guaskës, dhe nxehtësia mund të transferohet jashtë dhe të shkarkohet nga një sistem standard ftohjeje me lëng.
Polet e shumëfishta magnetike janë çelësi për shfrytëzimin e formave të valëve sinusoidale, të cilat ndihmojnë në uljen e harmonikave. Këto harmonika manifestohen si ngrohje e magneteve dhe bërthamës, ndërsa përbërësit e bakrit nuk mund ta largojnë nxehtësinë. Kur nxehtësia grumbullohet në magnete dhe bërthama hekuri, efikasiteti zvogëlohet, prandaj optimizimi i formës së valës dhe shtegut të nxehtësisë është thelbësor për performancën e motorit.
Dizajni i motorit është optimizuar për të ulur kostot dhe për të arritur prodhim masiv të automatizuar. Një unazë strehimi e ekstruduar nuk kërkon përpunim mekanik kompleks dhe mund të ulë kostot e materialit. Bobina mund të mbështillet direkt dhe një proces ngjitjeje përdoret gjatë procesit të mbështjelljes për të ruajtur formën e saktë të montimit.
Pika kyçe është se bobina është bërë nga tela standarde që gjendet në treg, ndërsa bërthama e hekurit është e laminuar me çelik transformatori standard të vendosur në raft, i cili thjesht duhet të pritet në formë. Dizajne të tjera të motorëve kërkojnë përdorimin e materialeve të buta magnetike në laminimin e bërthamës, të cilat mund të jenë më të shtrenjta.
Përdorimi i mbështjelljeve të shpërndara do të thotë që çeliku magnetik nuk ka nevojë të segmentohet; Ato mund të kenë forma më të thjeshta dhe më të lehta për t'u prodhuar. Zvogëlimi i madhësisë së çelikut magnetik dhe sigurimi i lehtësisë së prodhimit të tij ka një ndikim të rëndësishëm në uljen e kostove.
Dizajni i këtij motori me fluks aksial mund të personalizohet gjithashtu sipas kërkesave të klientit. Klientët kanë versione të personalizuara të zhvilluara rreth dizajnit bazë. Më pas prodhohen në një linjë prodhimi prove për verifikim të hershëm të prodhimit, i cili mund të replikohet në fabrika të tjera.
Përshtatja bëhet kryesisht sepse performanca e automjetit varet jo vetëm nga dizajni i motorit me fluks magnetik aksial, por edhe nga cilësia e strukturës së automjetit, paketës së baterisë dhe sistemit BMS.
Koha e postimit: 28 shtator 2023
