In vergelyking met radiale vloedmotors, het aksiale vloedmotors baie voordele in elektriese voertuigontwerp. Byvoorbeeld, aksiale vloedmotors kan die ontwerp van die aandrywingstelsel verander deur die motor van die as na die binnekant van die wiele te skuif.
1. As van mag
Aksiale vloeimotorskry toenemende aandag (win vastrap). Hierdie tipe motor word al jare lank in stilstaande toepassings soos hysbakke en landboumasjinerie gebruik, maar oor die afgelope dekade het baie ontwikkelaars gewerk om hierdie tegnologie te verbeter en dit toe te pas op elektriese motorfietse, lughawe-peule, vragmotors, elektriese voertuie en selfs vliegtuie.
Tradisionele radiale vloedmotors gebruik permanente magnete of induksiemotors, wat beduidende vordering gemaak het met die optimalisering van gewig en koste. Hulle ondervind egter baie probleme met die voortgesette ontwikkeling. Aksiale vloed, 'n heeltemal ander tipe motor, kan 'n goeie alternatief wees.
In vergelyking met radiale motors, is die effektiewe magnetiese oppervlakarea van aksiale vloed permanente magneetmotors die oppervlak van die motorrotor, nie die buitenste deursnee nie. Daarom kan aksiale vloed permanente magneetmotors in 'n sekere motorvolume gewoonlik groter wringkrag lewer.
Aksiale vloeimotorsis meer kompak; In vergelyking met radiaalmotors is die aksiale lengte van die motor baie korter. Vir interne wielmotors is dit dikwels 'n deurslaggewende faktor. Die kompakte struktuur van aksiale motors verseker hoër drywingsdigtheid en wringkragdigtheid as soortgelyke radiaalmotors, wat die behoefte aan uiters hoë bedryfsnelhede uitskakel.
Die doeltreffendheid van aksiale vloedmotors is ook baie hoog, gewoonlik meer as 96%. Dit is te danke aan die korter, eendimensionele vloedpad, wat vergelykbaar of selfs hoër in doeltreffendheid is in vergelyking met die beste 2D radiale vloedmotors op die mark.
Die lengte van die motor is korter, gewoonlik 5 tot 8 keer korter, en die gewig word ook met 2 tot 5 keer verminder. Hierdie twee faktore het die keuse van ontwerpers van elektriese voertuigplatforms verander.
2. Aksiale vloeitegnologie
Daar is twee hooftopologieë viraksiale vloeimotors: dubbelrotor enkelstator (soms na verwys as torus-styl masjiene) en enkelrotor dubbelstator.
Tans gebruik die meeste permanente magneetmotors radiale vloeistopologie. Die magnetiese vloeikring begin met 'n permanente magneet op die rotor, gaan deur die eerste tand op die stator, en vloei dan radiaal langs die stator. Gaan dan deur die tweede tand om die tweede magnetiese staal op die rotor te bereik. In 'n dubbele rotor aksiale vloeistopologie begin die vloeilus vanaf die eerste magneet, gaan aksiaal deur die statortande, en bereik onmiddellik die tweede magneet.
Dit beteken dat die vloedpad baie korter is as dié van radiale vloedmotors, wat lei tot kleiner motorvolumes, hoër kragdigtheid en doeltreffendheid teen dieselfde krag.
'n Radiale motor, waar die magnetiese vloed deur die eerste tand beweeg en dan deur die stator na die volgende tand terugkeer en die magneet bereik. Die magnetiese vloed volg 'n tweedimensionele pad.
Die magnetiese vloedpad van 'n aksiale magnetiese vloedmasjien is eendimensioneel, dus kan korrelgeoriënteerde elektriese staal gebruik word. Hierdie staal maak dit makliker vir die vloed om deur te beweeg, wat die doeltreffendheid verbeter.
Radiale vloedmotors gebruik tradisioneel verspreide wikkelings, met tot die helfte van die wikkelpunte wat nie funksioneer nie. Die spoeloorhang sal lei tot bykomende gewig, koste, elektriese weerstand en meer hitteverlies, wat ontwerpers dwing om die wikkelingsontwerp te verbeter.
Die spoelpunte vanaksiale vloeimotorsis baie minder, en sommige ontwerpe gebruik gekonsentreerde of gesegmenteerde windings, wat heeltemal effektief is. Vir gesegmenteerde stator radiale masjiene kan die breuk van die magnetiese vloedpad in die stator addisionele verliese meebring, maar vir aksiale vloedmotors is dit nie 'n probleem nie. Die ontwerp van die spoelwinding is die sleutel tot die onderskeid tussen die vlak van verskaffers.
3. Ontwikkeling
Aksiale vloedmotors staar ernstige uitdagings in die gesig in ontwerp en produksie, en ten spyte van hul tegnologiese voordele, is hul koste baie hoër as dié van radiale motors. Mense het 'n baie deeglike begrip van radiale motors, en vervaardigingsmetodes en meganiese toerusting is ook geredelik beskikbaar.
Een van die grootste uitdagings van aksiale vloedmotors is om 'n eenvormige lugspleet tussen die rotor en stator te handhaaf, aangesien die magnetiese krag baie groter is as dié van radiale motors, wat dit moeilik maak om 'n eenvormige lugspleet te handhaaf. Die dubbelrotor aksiale vloedmotor het ook hitteverspreidingsprobleme, aangesien die wikkeling diep binne die stator en tussen die twee rotorskywe geleë is, wat hitteverspreiding baie moeilik maak.
Aksiale vloedmotors is ook moeilik om te vervaardig om verskeie redes. Die dubbelrotormasjien wat 'n dubbelrotormasjien met 'n juk-topologie gebruik (d.w.s. die ysterjuk van die stator verwyder maar die ystertande behou) oorkom sommige van hierdie probleme sonder om die motordeursnee en magneet uit te brei.
Die verwydering van die juk bring egter nuwe uitdagings mee, soos hoe om individuele tande sonder 'n meganiese jukverbinding vas te maak en te posisioneer. Verkoeling is ook 'n groter uitdaging.
Dit is ook moeilik om die rotor te produseer en die lugspleet te handhaaf, aangesien die rotorskyf die rotor aantrek. Die voordeel is dat die rotorskywe direk deur 'n asring verbind is, sodat die kragte mekaar uitkanselleer. Dit beteken dat die interne laer nie hierdie kragte weerstaan nie, en sy enigste funksie is om die stator in die middelposisie tussen die twee rotorskywe te hou.
Dubbelstator enkelrotormotors staar nie die uitdagings van sirkelmotors in die gesig nie, maar die ontwerp van die stator is baie meer kompleks en moeilik om outomatisering te bereik, en die verwante koste is ook hoog. Anders as enige tradisionele radiale vloedmotor, het aksiale motorvervaardigingsprosesse en meganiese toerusting eers onlangs na vore gekom.
4. Toepassing van elektriese voertuie
Betroubaarheid is van kardinale belang in die motorbedryf, en om die betroubaarheid en robuustheid van verskillendeaksiale vloeimotorsOm vervaardigers te oortuig dat hierdie motors geskik is vir massaproduksie was nog altyd 'n uitdaging. Dit het aksiale motorverskaffers aangespoor om uitgebreide valideringsprogramme op hul eie uit te voer, met elke verskaffer wat demonstreer dat hul motorbetroubaarheid nie verskil van tradisionele radiale vloeimotors nie.
Die enigste komponent wat kan verslyt in 'naksiale vloeimotoris die laers. Die lengte van die aksiale magnetiese vloed is relatief kort, en die posisie van die laers is nader, gewoonlik ontwerp om effens "oorgedimensioneerd" te wees. Gelukkig het die aksiale vloedmotor 'n kleiner rotormassa en kan laer rotordinamiese aslaste weerstaan. Daarom is die werklike krag wat op die laers toegepas word baie kleiner as dié van die radiale vloedmotor.
Elektroniese as is een van die eerste toepassings van aksiale motors. Die dunner breedte kan die motor en ratkas in die as insluit. In hibriede toepassings verkort die korter aksiale lengte van die motor weer die totale lengte van die transmissiestelsel.
Die volgende stap is om die aksiale motor op die wiel te installeer. Op hierdie manier kan krag direk van die motor na die wiele oorgedra word, wat die doeltreffendheid van die motor verbeter. As gevolg van die uitskakeling van transmissies, differensiaals en dryfasse, is die kompleksiteit van die stelsel ook verminder.
Dit lyk egter asof standaardkonfigurasies nog nie verskyn het nie. Elke oorspronklike toerustingvervaardiger doen navorsing oor spesifieke konfigurasies, aangesien die verskillende groottes en vorms van aksiale motors die ontwerp van elektriese voertuie kan verander. In vergelyking met radiale motors het aksiale motors 'n hoër kragdigtheid, wat beteken dat kleiner aksiale motors gebruik kan word. Dit bied nuwe ontwerpopsies vir voertuigplatforms, soos die plasing van batterypakke.
4.1 Gesegmenteerde anker
Die YASA (Yokeless and Segmented Armature) motortopologie is 'n voorbeeld van 'n dubbelrotor enkelstatortopologie, wat vervaardigingskompleksiteit verminder en geskik is vir outomatiese massaproduksie. Hierdie motors het 'n drywingsdigtheid van tot 10 kW/kg teen snelhede van 2000 tot 9000 rpm.
Deur 'n toegewyde beheerder te gebruik, kan dit 'n stroom van 200 kVA vir die motor verskaf. Die beheerder het 'n volume van ongeveer 5 liter en weeg 5,8 kilogram, insluitend termiese bestuur met diëlektriese olieverkoeling, geskik vir aksiale vloedmotors sowel as induksie- en radiale vloedmotors.
Dit stel vervaardigers van oorspronklike toerusting vir elektriese voertuie en eersteklas-ontwikkelaars in staat om die toepaslike motor buigsaam te kies gebaseer op die toepassing en beskikbare ruimte. Die kleiner grootte en gewig maak die voertuig ligter en het meer batterye, wat die reikafstand verhoog.
5. Toepassing van elektriese motorfietse
Vir elektriese motorfietse en vierwielmotorfietse het sommige maatskappye WS-aksiale vloedmotors ontwikkel. Die algemeen gebruikte ontwerp vir hierdie tipe voertuig is GS-borselgebaseerde aksiale vloedontwerpe, terwyl die nuwe produk 'n WS-, volledig verseëlde borsellose ontwerp is.
Die spoele van beide GS- en WS-motors bly stilstaande, maar die dubbele rotors gebruik permanente magnete in plaas van roterende ankers. Die voordeel van hierdie metode is dat dit nie meganiese omkering vereis nie.
Die WS-aksiale ontwerp kan ook standaard driefase-WS-motorbeheerders vir radiale motors gebruik. Dit help om koste te verminder, aangesien die beheerder die stroom of wringkrag beheer, nie spoed nie. Die beheerder benodig 'n frekwensie van 12 kHz of hoër, wat die hoofstroomfrekwensie van sulke toestelle is.
Die hoër frekwensie kom van die laer wikkelinduktansie van 20 µH. Die frekwensie kan die stroom beheer om stroomrimpel te minimaliseer en 'n sinusvormige sein so glad as moontlik te verseker. Vanuit 'n dinamiese perspektief is dit 'n goeie manier om gladder motorbeheer te verkry deur vinnige wringkragveranderinge toe te laat.
Hierdie ontwerp gebruik 'n verspreide dubbellaagwikkeling, sodat die magnetiese vloed van die rotor na 'n ander rotor deur die stator vloei, met 'n baie kort pad en hoër doeltreffendheid.
Die sleutel tot hierdie ontwerp is dat dit teen 'n maksimum spanning van 60 V kan werk en nie geskik is vir hoër spanningstelsels nie. Daarom kan dit gebruik word vir elektriese motorfietse en L7e-klas vierwielvoertuie soos Renault Twizy.
Die maksimum spanning van 60 V laat die motor toe om in hoofstroom 48 V elektriese stelsels geïntegreer te word en vereenvoudig onderhoudswerk.
Die L7e vierwielmotorfietsspesifikasies in die Europese Kaderregulasie 2002/24/EG bepaal dat die gewig van voertuie wat vir die vervoer van goedere gebruik word, nie 600 kilogram oorskry nie, uitgesluit die gewig van batterye. Hierdie voertuie mag nie meer as 200 kilogram passasiers, nie meer as 1000 kilogram vrag en nie meer as 15 kilowatt enjinkrag vervoer nie. Die verspreide wikkelmetode kan 'n wringkrag van 75-100 Nm lewer, met 'n piekuitsetkrag van 20-25 kW en 'n deurlopende krag van 15 kW.
Die uitdaging van aksiale vloei lê in hoe koperwikkelings hitte versprei, wat moeilik is omdat hitte deur die rotor moet beweeg. Die verspreide wikkeling is die sleutel tot die oplossing van hierdie probleem, aangesien dit 'n groot aantal poolgleuwe het. Op hierdie manier is daar 'n groter oppervlakte tussen die koper en die dop, en hitte kan na buite oorgedra word en deur 'n standaard vloeistofverkoelingstelsel ontlaai word.
Veelvuldige magnetiese pole is die sleutel tot die gebruik van sinusvormige golfvorms, wat help om harmonieke te verminder. Hierdie harmonieke manifesteer as verhitting van die magnete en kern, terwyl koperkomponente nie die hitte kan wegvoer nie. Wanneer hitte in magnete en ysterkerne ophoop, neem doeltreffendheid af, en daarom is die optimalisering van die golfvorm en hittepad van kritieke belang vir motorprestasie.
Die ontwerp van die motor is geoptimaliseer om koste te verminder en outomatiese massaproduksie te bewerkstellig. 'n Geëxtrudeerde behuisingsring vereis nie komplekse meganiese verwerking nie en kan materiaalkoste verminder. Die spoel kan direk gewikkel word en 'n bindingsproses word tydens die wikkelproses gebruik om die korrekte samestellingsvorm te behou.
Die kernpunt is dat die spoel van standaard kommersieel beskikbare draad gemaak is, terwyl die ysterkern gelamineer is met standaard gereedgemaakte transformatorstaal, wat net in vorm gesny hoef te word. Ander motorontwerpe vereis die gebruik van sagte magnetiese materiale in kernlaminering, wat dalk duurder is.
Die gebruik van verspreide windings beteken dat die magnetiese staal nie gesegmenteer hoef te word nie; hulle kan eenvoudiger vorms hê en makliker vervaardig word. Die vermindering van die grootte van magnetiese staal en die versekering van die gemak van vervaardiging het 'n beduidende impak op die vermindering van koste.
Die ontwerp van hierdie aksiale vloedmotor kan ook volgens kliëntvereistes aangepas word. Kliënte het aangepaste weergawes rondom basiese ontwerp ontwikkel. Dan vervaardig op 'n proefproduksielyn vir vroeë produksieverifikasie, wat in ander fabrieke gerepliseer kan word.
Aanpassing is hoofsaaklik omdat die werkverrigting van die voertuig nie net afhang van die ontwerp van die aksiale magnetiese vloedmotor nie, maar ook van die kwaliteit van die voertuigstruktuur, batterypak en BMS.
Plasingstyd: 28 September 2023
