Kung ikukumpara sa mga radial flux motor, maraming bentahe ang mga axial flux motor sa disenyo ng mga de-kuryenteng sasakyan. Halimbawa, maaaring baguhin ng mga axial flux motor ang disenyo ng powertrain sa pamamagitan ng paggalaw ng motor mula sa ehe patungo sa loob ng mga gulong.
1. Axis ng kapangyarihan
Mga motor na may axial fluxay nakakakuha ng higit na atensyon (nakakakuha ng atensyon). Sa loob ng maraming taon, ang ganitong uri ng motor ay ginagamit sa mga nakapirming aplikasyon tulad ng mga elevator at makinarya sa agrikultura, ngunit sa nakalipas na dekada, maraming developer ang nagsusumikap na mapabuti ang teknolohiyang ito at ilapat ito sa mga de-kuryenteng motorsiklo, mga airport pod, mga cargo truck, mga de-kuryenteng sasakyan, at maging sa mga eroplano.
Ang mga tradisyunal na radial flux motor ay gumagamit ng mga permanenteng magnet o induction motor, na nakagawa ng malaking pag-unlad sa pag-optimize ng timbang at gastos. Gayunpaman, nahaharap sila sa maraming kahirapan sa patuloy na pag-unlad. Ang axial flux, isang ganap na kakaibang uri ng motor, ay maaaring maging isang magandang alternatibo.
Kung ikukumpara sa mga radial motor, ang epektibong magnetic surface area ng axial flux permanent magnet motors ay ang ibabaw ng rotor ng motor, hindi ang outer diameter. Samakatuwid, sa isang partikular na volume ng motor, ang mga axial flux permanent magnet motors ay karaniwang nakakapagbigay ng mas malaking torque.
Mga motor na may axial fluxay mas siksik; Kung ikukumpara sa mga radial motor, ang axial length ng motor ay mas maikli. Para sa mga internal wheel motor, ito ay kadalasang isang mahalagang salik. Tinitiyak ng siksik na istraktura ng mga axial motor ang mas mataas na power density at torque density kaysa sa mga katulad na radial motor, kaya inaalis ang pangangailangan para sa napakataas na bilis ng pagpapatakbo.
Napakataas din ng kahusayan ng mga axial flux motor, karaniwang lumalagpas sa 96%. Ito ay dahil sa mas maikli at one-dimensional na flux path, na maihahambing o mas mataas pa sa kahusayan kumpara sa pinakamahusay na 2D radial flux motor sa merkado.
Mas maikli ang haba ng motor, karaniwang 5 hanggang 8 beses na mas maikli, at ang bigat ay nababawasan din ng 2 hanggang 5 beses. Binago ng dalawang salik na ito ang pagpili ng mga tagadisenyo ng plataporma ng mga de-kuryenteng sasakyan.
2. Teknolohiya ng axial flux
Mayroong dalawang pangunahing topolohiya para samga motor na may axial flux: dalawahang rotor, iisang stator (minsan tinutukoy bilang mga makinang istilong torus) at iisang rotor, dalawahang stator.
Sa kasalukuyan, karamihan sa mga permanenteng magnet motor ay gumagamit ng radial flux topology. Ang magnetic flux circuit ay nagsisimula sa isang permanenteng magnet sa rotor, dumadaan sa unang ngipin sa stator, at pagkatapos ay dumadaloy nang radial sa stator. Pagkatapos ay dumadaan sa pangalawang ngipin upang maabot ang pangalawang magnetic steel sa rotor. Sa isang dual rotor axial flux topology, ang flux loop ay nagsisimula sa unang magnet, dumadaan nang axial sa mga ngipin ng stator, at agad na umaabot sa pangalawang magnet.
Nangangahulugan ito na ang landas ng flux ay mas maikli kaysa sa mga radial flux motor, na nagreresulta sa mas maliit na volume ng motor, mas mataas na power density at kahusayan sa parehong lakas.
Isang radial motor, kung saan ang magnetic flux ay dumadaan sa unang ngipin at pagkatapos ay bumabalik sa susunod na ngipin sa pamamagitan ng stator, na umaabot sa magnet. Ang magnetic flux ay sumusunod sa isang two-dimensional na landas.
Ang magnetic flux path ng isang axial magnetic flux machine ay one-dimensional, kaya maaaring gamitin ang grain oriented electrical steel. Pinapadali ng bakal na ito ang pagdaan ng flux, sa gayon ay pinapabuti ang kahusayan.
Ang mga radial flux motor ay tradisyonal na gumagamit ng distributed windings, kung saan hanggang kalahati ng mga dulo ng winding ay hindi gumagana. Ang coil overhang ay magreresulta sa karagdagang timbang, gastos, electrical resistance, at mas maraming pagkawala ng init, na magpipilit sa mga taga-disenyo na pagbutihin ang disenyo ng winding.
Ang mga dulo ng coilmga motor na may axial fluxay mas kaunti, at ang ilang disenyo ay gumagamit ng concentrated o segmented windings, na ganap na epektibo. Para sa mga segmented stator radial machine, ang pagkaputol ng magnetic flux path sa stator ay maaaring magdulot ng karagdagang mga pagkalugi, ngunit para sa mga axial flux motor, hindi ito isang problema. Ang disenyo ng coil winding ang susi sa pagkakaiba ng antas ng mga supplier.
3. Pag-unlad
Ang mga axial flux motor ay nahaharap sa ilang seryosong hamon sa disenyo at produksyon, sa kabila ng kanilang mga bentahe sa teknolohiya, ang kanilang mga gastos ay mas mataas kaysa sa mga radial motor. Ang mga tao ay may lubos na masusing pag-unawa sa mga radial motor, at ang mga pamamaraan ng pagmamanupaktura at mekanikal na kagamitan ay madali ring makukuha.
Isa sa mga pangunahing hamon ng mga axial flux motor ay ang pagpapanatili ng pare-parehong agwat ng hangin sa pagitan ng rotor at stator, dahil ang puwersang magnetiko ay mas malaki kaysa sa mga radial motor, na nagpapahirap sa pagpapanatili ng pare-parehong agwat ng hangin. Ang dual rotor axial flux motor ay mayroon ding mga isyu sa heat dissipation, dahil ang winding ay matatagpuan sa loob ng stator at sa pagitan ng dalawang rotor disc, na nagpapahirap sa heat dissipation.
Mahirap ding gawin ang mga axial flux motor dahil sa maraming kadahilanan. Ang dual rotor machine na gumagamit ng dual rotor machine na may yokes topology (ibig sabihin, tinatanggal ang iron yoke mula sa stator ngunit pinapanatili ang mga bakal na ngipin) ay nakakapagtagumpayan ng ilan sa mga problemang ito nang hindi pinalalawak ang diyametro at magnet ng motor.
Gayunpaman, ang pag-alis ng yoke ay nagdudulot ng mga bagong hamon, tulad ng kung paano ayusin at iposisyon ang mga indibidwal na ngipin nang walang mekanikal na koneksyon ng yoke. Ang paglamig ay isa ring mas malaking hamon.
Mahirap ding gawin ang rotor at panatilihin ang air gap, dahil ang rotor disc ay umaakit sa rotor. Ang bentahe ay ang mga rotor disc ay direktang konektado sa pamamagitan ng isang shaft ring, kaya ang mga puwersa ay nag-aantala sa isa't isa. Nangangahulugan ito na ang panloob na bearing ay hindi nakakayanan ang mga puwersang ito, at ang tanging tungkulin nito ay panatilihin ang stator sa gitnang posisyon sa pagitan ng dalawang rotor disc.
Ang mga double stator single rotor motor ay hindi nahaharap sa mga hamon ng mga circular motor, ngunit ang disenyo ng stator ay mas kumplikado at mahirap makamit ang automation, at ang mga kaugnay na gastos ay mataas din. Hindi tulad ng anumang tradisyonal na radial flux motor, ang mga proseso ng paggawa ng axial motor at mga kagamitang mekanikal ay kamakailan lamang lumitaw.
4. Aplikasyon ng mga de-kuryenteng sasakyan
Mahalaga ang pagiging maaasahan sa industriya ng automotive, at pinapatunayan ang pagiging maaasahan at katatagan ng iba't ibang...mga motor na may axial fluxAng pagkumbinsi sa mga tagagawa na ang mga motor na ito ay angkop para sa malawakang produksyon ay palaging isang hamon. Ito ang nag-udyok sa mga supplier ng axial motor na magsagawa ng malawakang mga programa sa pagpapatunay nang mag-isa, kung saan ipinapakita ng bawat supplier na ang pagiging maaasahan ng kanilang motor ay hindi naiiba sa mga tradisyonal na radial flux motor.
Ang tanging bahagi na maaaring masira sa isangmotor na may axial fluxay ang mga bearings. Ang haba ng axial magnetic flux ay medyo maikli, at ang posisyon ng mga bearings ay mas malapit, karaniwang idinisenyo upang bahagyang "overdimended". Sa kabutihang palad, ang axial flux motor ay may mas maliit na rotor mass at kayang tiisin ang mas mababang rotor dynamic shaft loads. Samakatuwid, ang aktwal na puwersang inilalapat sa mga bearings ay mas maliit kaysa sa radial flux motor.
Ang electronic axle ay isa sa mga unang aplikasyon ng mga axial motor. Ang mas manipis na lapad ay maaaring bumalot sa motor at gearbox sa axle. Sa mga hybrid na aplikasyon, ang mas maikling axial length ng motor ay nagpapaikli sa kabuuang haba ng sistema ng transmisyon.
Ang susunod na hakbang ay ang pag-install ng axial motor sa gulong. Sa ganitong paraan, ang lakas ay maaaring direktang maipadala mula sa motor patungo sa mga gulong, na nagpapabuti sa kahusayan ng motor. Dahil sa pag-aalis ng mga transmission, differential, at driveshaft, nabawasan din ang pagiging kumplikado ng sistema.
Gayunpaman, tila wala pang lumalabas na mga karaniwang konpigurasyon. Ang bawat tagagawa ng orihinal na kagamitan ay nagsasaliksik ng mga partikular na konpigurasyon, dahil ang iba't ibang laki at hugis ng mga axial motor ay maaaring magpabago sa disenyo ng mga de-kuryenteng sasakyan. Kung ikukumpara sa mga radial motor, ang mga axial motor ay may mas mataas na densidad ng kuryente, na nangangahulugang maaaring gamitin ang mas maliliit na axial motor. Nagbibigay ito ng mga bagong opsyon sa disenyo para sa mga plataporma ng sasakyan, tulad ng paglalagay ng mga battery pack.
4.1 Segmented armature
Ang topolohiya ng motor na YASA (Yokeless and Segmented Armature) ay isang halimbawa ng topolohiya ng dual rotor single stator, na nagbabawas sa pagiging kumplikado ng pagmamanupaktura at angkop para sa automated mass production. Ang mga motor na ito ay may power density na hanggang 10 kW/kg sa bilis na 2000 hanggang 9000 rpm.
Gamit ang isang nakalaang controller, maaari itong magbigay ng kuryenteng 200 kVA para sa motor. Ang controller ay may volume na humigit-kumulang 5 litro at may bigat na 5.8 kilo, kabilang ang thermal management na may dielectric oil cooling, na angkop para sa mga axial flux motor pati na rin sa induction at radial flux motor.
Nagbibigay-daan ito sa mga tagagawa ng orihinal na kagamitan ng mga de-kuryenteng sasakyan at mga first-tier developer na pumili ng angkop na motor batay sa aplikasyon at magagamit na espasyo. Ang mas maliit na sukat at bigat ay nagpapagaan sa sasakyan at may mas maraming baterya, sa gayon ay pinapataas ang saklaw ng paggamit.
5. Aplikasyon ng mga de-kuryenteng motorsiklo
Para sa mga de-kuryenteng motorsiklo at ATV, may ilang kompanya na bumuo ng mga AC axial flux motor. Ang karaniwang ginagamit na disenyo para sa ganitong uri ng sasakyan ay ang mga disenyo ng axial flux na nakabatay sa DC brush, habang ang bagong produkto ay isang AC, ganap na selyadong brushless na disenyo.
Ang mga coil ng parehong DC at AC motor ay nananatiling hindi gumagalaw, ngunit ang dual rotors ay gumagamit ng permanenteng magnet sa halip na umiikot na mga armature. Ang bentahe ng pamamaraang ito ay hindi ito nangangailangan ng mekanikal na pag-reverse.
Maaari ring gumamit ang disenyo ng AC axial ng mga karaniwang three-phase AC motor controller para sa mga radial motor. Nakakatulong ito upang mabawasan ang mga gastos, dahil kinokontrol ng controller ang kasalukuyang ng torque, hindi ang bilis. Ang controller ay nangangailangan ng frequency na 12 kHz o mas mataas, na siyang pangunahing frequency ng mga naturang device.
Ang mas mataas na frequency ay nagmumula sa inductance ng mas mababang winding na 20 µH. Kayang kontrolin ng frequency ang current upang mabawasan ang ripple ng current at matiyak na ang sinusoidal signal ay magiging maayos hangga't maaari. Mula sa isang dynamic na perspektibo, ito ay isang mahusay na paraan upang makamit ang mas maayos na kontrol ng motor sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa mabilis na pagbabago ng torque.
Ang disenyong ito ay gumagamit ng isang distributed double-layer winding, kaya ang magnetic flux ay dumadaloy mula sa rotor patungo sa isa pang rotor sa pamamagitan ng stator, na may napakaikling landas at mas mataas na kahusayan.
Ang susi sa disenyong ito ay maaari itong gumana sa pinakamataas na boltahe na 60 V at hindi angkop para sa mga sistemang may mas mataas na boltahe. Samakatuwid, maaari itong gamitin para sa mga de-kuryenteng motorsiklo at mga sasakyang may apat na gulong na klase L7e tulad ng Renault Twizy.
Ang pinakamataas na boltahe na 60 V ay nagbibigay-daan sa motor na maisama sa mga pangunahing 48 V na sistemang elektrikal at pinapadali ang gawaing pagpapanatili.
Nakasaad sa mga ispesipikasyon ng L7e four-wheel na motorsiklo sa European Framework Regulation 2002/24/EC na ang bigat ng mga sasakyang ginagamit sa pagdadala ng mga kargamento ay hindi hihigit sa 600 kilo, hindi kasama ang bigat ng mga baterya. Ang mga sasakyang ito ay pinapayagang magdala ng hindi hihigit sa 200 kilo ng mga pasahero, hindi hihigit sa 1000 kilo ng kargamento, at hindi hihigit sa 15 kilowatts ng lakas ng makina. Ang distributed winding method ay maaaring magbigay ng torque na 75-100 Nm, na may peak output power na 20-25 kW at tuloy-tuloy na lakas na 15 kW.
Ang hamon ng axial flux ay nakasalalay sa kung paano pinapawi ng mga copper winding ang init, na mahirap dahil ang init ay kailangang dumaan sa rotor. Ang distributed winding ang susi sa paglutas ng problemang ito, dahil mayroon itong malaking bilang ng mga pole slot. Sa ganitong paraan, mayroong mas malaking surface area sa pagitan ng copper at ng shell, at ang init ay maaaring ilipat sa labas at ilabas sa pamamagitan ng isang karaniwang liquid cooling system.
Ang maraming magnetic pole ay mahalaga sa paggamit ng mga sinusoidal wave form, na nakakatulong na mabawasan ang mga harmonic. Ang mga harmonic na ito ay ipinapakita bilang pag-init ng mga magnet at core, habang ang mga bahaging tanso ay hindi kayang dalhin ang init. Kapag ang init ay naiipon sa mga magnet at iron core, bumababa ang kahusayan, kaya naman ang pag-optimize ng waveform at heat path ay mahalaga para sa pagganap ng motor.
Ang disenyo ng motor ay na-optimize upang mabawasan ang mga gastos at makamit ang automated mass production. Ang isang extruded housing ring ay hindi nangangailangan ng kumplikadong mekanikal na pagproseso at maaaring mabawasan ang mga gastos sa materyal. Ang coil ay maaaring direktang i-wrap at isang proseso ng bonding ang ginagamit sa proseso ng winding upang mapanatili ang tamang hugis ng assembly.
Ang mahalagang punto ay ang coil ay gawa sa karaniwang alambreng mabibili sa merkado, habang ang iron core ay nakalamina gamit ang karaniwang bakal na transformer na gawa sa lay-off the shelf, na kailangan lang putulin para mahubog. Ang ibang disenyo ng motor ay nangangailangan ng paggamit ng malalambot na magnetic materials sa core lamination, na maaaring mas mahal.
Ang paggamit ng mga distributed windings ay nangangahulugan na ang magnetic steel ay hindi kailangang hatiin; maaari itong maging mas simple ang mga hugis at mas madaling gawin. Ang pagbabawas ng laki ng magnetic steel at pagtiyak sa kadalian ng paggawa nito ay may malaking epekto sa pagbabawas ng mga gastos.
Ang disenyo ng axial flux motor na ito ay maaari ring ipasadya ayon sa mga kinakailangan ng customer. Ang mga customer ay may mga pasadyang bersyon na binuo batay sa pangunahing disenyo. Pagkatapos ay ginagawa sa isang trial production line para sa maagang beripikasyon ng produksyon, na maaaring kopyahin sa ibang mga pabrika.
Ang pagpapasadya ay pangunahin dahil ang pagganap ng sasakyan ay nakasalalay hindi lamang sa disenyo ng axial magnetic flux motor, kundi pati na rin sa kalidad ng istraktura ng sasakyan, battery pack, at BMS.
Oras ng pag-post: Set-28-2023
