Salīdzinot ar radiālajiem plūsmas motoriem, aksiālajiem plūsmas motoriem ir daudz priekšrocību elektrotransportlīdzekļu konstrukcijā. Piemēram, aksiālie plūsmas motori var mainīt spēka piedziņas konstrukciju, pārvietojot motoru no ass uz riteņu iekšpusi.
1. Varas ass
Aksiālās plūsmas motorisaņem arvien lielāku uzmanību (iegūst popularitāti). Daudzus gadus šāda veida motors ir izmantots stacionārās lietojumprogrammās, piemēram, liftos un lauksaimniecības mašīnās, taču pēdējās desmitgades laikā daudzi izstrādātāji ir strādājuši pie šīs tehnoloģijas uzlabošanas un pielietošanas elektriskajos motociklos, lidostu kapsulās, kravas automašīnās, elektriskajos transportlīdzekļos un pat lidmašīnās.
Tradicionālie radiālās plūsmas motori izmanto pastāvīgos magnētus vai indukcijas motorus, kas ir guvuši ievērojamus panākumus svara un izmaksu optimizēšanā. Tomēr to turpmākā attīstība saskaras ar daudzām grūtībām. Aksiālā plūsma, pilnīgi cita veida motors, varētu būt laba alternatīva.
Salīdzinot ar radiālajiem motoriem, aksiālās plūsmas pastāvīgā magnēta motoru efektīvā magnētiskā virsmas laukums ir motora rotora virsma, nevis ārējais diametrs. Tāpēc noteiktā motora tilpumā aksiālās plūsmas pastāvīgā magnēta motori parasti var nodrošināt lielāku griezes momentu.
Aksiālās plūsmas motoriir kompaktāki; Salīdzinot ar radiālajiem motoriem, motora aksiālais garums ir daudz īsāks. Iekšējo riteņu motoriem tas bieži vien ir izšķirošs faktors. Aksiālo motoru kompaktā struktūra nodrošina lielāku jaudas blīvumu un griezes momenta blīvumu nekā līdzīgiem radiālajiem motoriem, tādējādi novēršot nepieciešamību pēc ārkārtīgi lieliem darbības ātrumiem.
Arī aksiālo plūsmas motoru efektivitāte ir ļoti augsta, parasti pārsniedzot 96 %. Tas ir pateicoties īsākam, viendimensiju plūsmas ceļam, kura efektivitāte ir salīdzināma vai pat augstāka salīdzinājumā ar labākajiem tirgū pieejamajiem 2D radiālajiem plūsmas motoriem.
Motora garums ir īsāks, parasti 5 līdz 8 reizes īsāks, un arī svars ir samazināts 2 līdz 5 reizes. Šie divi faktori ir mainījuši elektrotransportlīdzekļu platformu konstruktoru izvēli.
2. Aksiālās plūsmas tehnoloģija
Pastāv divas galvenās topoloģijasaksiālās plūsmas motoridivrotoru vienstators (dažreiz saukts par toru stila mašīnām) un viena rotora divstators.
Pašlaik lielākā daļa pastāvīgā magnēta motoru izmanto radiālās plūsmas topoloģiju. Magnētiskā plūsmas ķēde sākas ar pastāvīgo magnētu uz rotora, iet caur pirmo zobu uz statora un pēc tam plūst radiāli pa statoru. Pēc tam tā iet caur otro zobu, lai sasniegtu otro magnētisko tēraudu uz rotora. Divu rotoru aksiālās plūsmas topoloģijā plūsmas cilpa sākas no pirmā magnēta, aksiāli iet caur statora zobiem un nekavējoties sasniedz otro magnētu.
Tas nozīmē, ka plūsmas ceļš ir daudz īsāks nekā radiālajiem plūsmas motoriem, kā rezultātā pie tādas pašas jaudas ir mazāki motora tilpumi, lielāks jaudas blīvums un efektivitāte.
Radiālais motors, kur magnētiskā plūsma iziet cauri pirmajam zobam un pēc tam atgriežas pie nākamā zoba caur statoru, sasniedzot magnētu. Magnētiskā plūsma pārvietojas pa divdimensiju ceļu.
Aksiālās magnētiskās plūsmas mašīnas magnētiskās plūsmas ceļš ir viendimensionāls, tāpēc var izmantot graudorientētu elektrotehnisko tēraudu. Šis tērauds atvieglo plūsmas caurplūšanu, tādējādi uzlabojot efektivitāti.
Radiālās plūsmas motoros tradicionāli tiek izmantoti izkliedēti tinumi, un līdz pat pusei tinumu galu nedarbojas. Spoles pārkare rada papildu svaru, izmaksas, elektrisko pretestību un lielākus siltuma zudumus, piespiežot konstruktorus uzlabot tinumu konstrukciju.
Spoles galiaksiālās plūsmas motoriir daudz mazākas, un dažās konstrukcijās tiek izmantoti koncentrēti vai segmentēti tinumi, kas ir pilnīgi efektīvi. Segmentētām statora radiālajām mašīnām magnētiskās plūsmas ceļa pārrāvums statorā var radīt papildu zudumus, bet aksiālās plūsmas motoriem tā nav problēma. Spoles tinuma konstrukcija ir galvenais, lai atšķirtu piegādātāju līmeni.
3. Attīstība
Aksiālo plūsmu motoru projektēšanā un ražošanā ir nopietni izaicinājumi, jo, neskatoties uz to tehnoloģiskajām priekšrocībām, to izmaksas ir ievērojami augstākas nekā radiālo motoru izmaksas. Cilvēkiem ir ļoti padziļinātas zināšanas par radiālajiem motoriem, un ražošanas metodes un mehāniskais aprīkojums ir viegli pieejams.
Viens no galvenajiem aksiālās plūsmas motoru izaicinājumiem ir uzturēt vienmērīgu gaisa spraugu starp rotoru un statoru, jo magnētiskais spēks ir daudz lielāks nekā radiālajiem motoriem, tāpēc ir grūti uzturēt vienmērīgu gaisa spraugu. Divu rotoru aksiālās plūsmas motoram ir arī siltuma izkliedes problēmas, jo tinums atrodas dziļi statorā un starp diviem rotora diskiem, tāpēc siltuma izkliede ir ļoti sarežģīta.
Aksiālās plūsmas motorus ir grūti izgatavot arī daudzu iemeslu dēļ. Divrotoru mašīna, izmantojot divu rotoru mašīnu ar jūga topoloģiju (t. i., noņemot dzelzs jūgu no statora, bet saglabājot dzelzs zobus), pārvar dažas no šīm problēmām, nepalielinot motora diametru un magnētu.
Tomēr jūga noņemšana rada jaunus izaicinājumus, piemēram, kā fiksēt un pozicionēt atsevišķus zobus bez mehāniska jūga savienojuma. Arī dzesēšana ir lielāks izaicinājums.
Tāpat ir grūti izgatavot rotoru un uzturēt gaisa spraugu, jo rotora disks pievelk rotoru. Priekšrocība ir tāda, ka rotora diski ir tieši savienoti caur vārpstas gredzenu, tāpēc spēki viens otru atceļ. Tas nozīmē, ka iekšējais gultnis neiztur šos spēkus, un tā vienīgā funkcija ir noturēt statoru vidējā pozīcijā starp diviem rotora diskiem.
Divkāršā statora un viena rotora motoriem nav tādu pašu izaicinājumu kā apļveida motoriem, taču statora konstrukcija ir daudz sarežģītāka un grūtāk automatizējama, un arī ar to saistītās izmaksas ir augstas. Atšķirībā no jebkura tradicionālā radiālā plūsmas motora, aksiālā motora ražošanas procesi un mehāniskās iekārtas ir parādījušās tikai nesen.
4. Elektrotransportlīdzekļu pielietošana
Uzticamība ir ļoti svarīga autobūves nozarē, un dažādu sistēmu uzticamības un izturības pierādīšanaaksiālās plūsmas motoriPārliecināt ražotājus, ka šie motori ir piemēroti masveida ražošanai, vienmēr ir bijis izaicinājums. Tas ir pamudinājis aksiālo motoru piegādātājus pašiem veikt plašas validācijas programmas, katram piegādātājam pierādot, ka viņu motora uzticamība neatšķiras no tradicionālajiem radiālajiem plūsmas motoriem.
Vienīgā detaļa, kas var nolietotiesaksiālās plūsmas motorsir gultņi. Aksiālās magnētiskās plūsmas garums ir relatīvi īss, un gultņu novietojums ir tuvāks, parasti tie ir projektēti nedaudz "pārāk lieli". Par laimi, aksiālās plūsmas motoram ir mazāka rotora masa un tas var izturēt mazākas rotora dinamiskās vārpstas slodzes. Tāpēc faktiskais spēks, kas pielikts gultņiem, ir daudz mazāks nekā radiālās plūsmas motoram.
Elektroniskā ass ir viens no pirmajiem aksiālo motoru pielietojumiem. Mazāks platums var ietvert motoru un pārnesumkārbu asī. Hibrīda lietojumos īsāks motora aksiālais garums savukārt saīsina transmisijas sistēmas kopējo garumu.
Nākamais solis ir aksiālā motora uzstādīšana uz riteņa. Tādā veidā jaudu var tieši pārnest no motora uz riteņiem, uzlabojot motora efektivitāti. Pateicoties transmisiju, diferenciāļu un piedziņas vārpstu likvidēšanai, ir samazināta arī sistēmas sarežģītība.
Tomēr šķiet, ka standarta konfigurācijas vēl nav parādījušās. Katrs oriģinālā aprīkojuma ražotājs pēta specifiskas konfigurācijas, jo aksiālo motoru dažādie izmēri un formas var mainīt elektrotransportlīdzekļu dizainu. Salīdzinot ar radiālajiem motoriem, aksiālajiem motoriem ir lielāks jaudas blīvums, kas nozīmē, ka var izmantot mazākus aksiālos motorus. Tas paver jaunas transportlīdzekļu platformu dizaina iespējas, piemēram, akumulatoru bloku izvietojumu.
4.1 Segmentēta armatūra
YASA (bez jūga un segmentēta armatūra) motora topoloģija ir divu rotoru un viena statora topoloģijas piemērs, kas samazina ražošanas sarežģītību un ir piemērota automatizētai masveida ražošanai. Šo motoru jaudas blīvums ir līdz 10 kW/kg pie ātruma no 2000 līdz 9000 apgr./min.
Izmantojot īpašu kontrolieri, tas var nodrošināt motoram 200 kVA strāvu. Kontroliera tilpums ir aptuveni 5 litri, un tas sver 5,8 kilogramus, ieskaitot termisko pārvaldību ar dielektrisko eļļas dzesēšanu, kas ir piemērots gan aksiālajiem plūsmas motoriem, gan indukcijas un radiālajiem plūsmas motoriem.
Tas ļauj elektrotransportlīdzekļu oriģinālā aprīkojuma ražotājiem un pirmā līmeņa izstrādātājiem elastīgi izvēlēties atbilstošu motoru, pamatojoties uz pielietojumu un pieejamo vietu. Mazāks izmērs un svars padara transportlīdzekli vieglāku un tam ir vairāk akumulatoru, tādējādi palielinot nobraucamā attāluma palielinājumu.
5. Elektrisko motociklu pielietojums
Elektromotocikliem un kvadracikliem daži uzņēmumi ir izstrādājuši maiņstrāvas aksiālās plūsmas motorus. Šāda veida transportlīdzekļiem visbiežāk izmantotā konstrukcija ir uz līdzstrāvas sukām balstīta aksiālās plūsmas konstrukcija, savukārt jaunais produkts ir pilnībā noslēgta maiņstrāvas bezsuku konstrukcija.
Gan līdzstrāvas, gan maiņstrāvas motoru spoles paliek nekustīgas, bet divkāršajos rotoros rotējošu enkuru vietā tiek izmantoti pastāvīgie magnēti. Šīs metodes priekšrocība ir tā, ka tai nav nepieciešama mehāniska reversēšana.
Aksiālajā maiņstrāvas konstrukcijā radiālajiem motoriem var izmantot arī standarta trīsfāžu maiņstrāvas motoru regulatorus. Tas palīdz samazināt izmaksas, jo regulators kontrolē griezes momenta strāvu, nevis ātrumu. Regulatoram ir nepieciešama 12 kHz vai augstāka frekvence, kas ir šādu ierīču galvenā frekvence.
Augstāka frekvence rodas no zemākas tinuma induktivitātes, kas ir 20 µH. Frekvence var kontrolēt strāvu, lai samazinātu strāvas pulsāciju un nodrošinātu pēc iespējas vienmērīgāku sinusoidālu signālu. No dinamikas viedokļa tas ir lielisks veids, kā panākt vienmērīgāku motora vadību, ļaujot ātri mainīt griezes momentu.
Šajā konstrukcijā tiek izmantots izkliedēts divslāņu tinums, tāpēc magnētiskā plūsma plūst no rotora uz citu rotoru caur statoru ar ļoti īsu ceļu un augstāku efektivitāti.
Šī dizaina galvenā priekšrocība ir tā, ka tas var darboties ar maksimālo spriegumu 60 V un nav piemērots augstāka sprieguma sistēmām. Tāpēc to var izmantot elektriskajiem motocikliem un L7e klases četrriteņu transportlīdzekļiem, piemēram, Renault Twizy.
Maksimālais spriegums 60 V ļauj motoru integrēt galvenajās 48 V elektriskajās sistēmās un vienkāršo apkopes darbus.
Eiropas Savienības pamatregulā 2002/24/EK noteiktās L7e četrriteņu motociklu specifikācijas nosaka, ka kravu pārvadāšanai izmantojamo transportlīdzekļu svars nepārsniedz 600 kilogramus, neskaitot akumulatoru svaru. Šiem transportlīdzekļiem ir atļauts pārvadāt ne vairāk kā 200 kilogramus pasažieru, ne vairāk kā 1000 kilogramus kravas un ne vairāk kā 15 kilovatus dzinēja jaudas. Sadalītā tinuma metode var nodrošināt griezes momentu 75–100 Nm, maksimālo izejas jaudu 20–25 kW un nepārtrauktu jaudu 15 kW.
Aksiālās plūsmas problēma slēpjas tajā, kā vara tinumi izkliedē siltumu, kas ir sarežģīti, jo siltumam ir jāiziet cauri rotoram. Sadalītais tinums ir galvenais šīs problēmas risinājuma elements, jo tam ir liels skaits polu spraugu. Tādā veidā starp varu un apvalku ir lielāka virsmas platība, un siltumu var pārnest uz ārpusi un izvadīt ar standarta šķidruma dzesēšanas sistēmu.
Vairāki magnētiskie poli ir galvenie sinusoidālu viļņu formu izmantošanā, kas palīdz samazināt harmonikas. Šīs harmonikas izpaužas kā magnētu un serdes sakaršana, savukārt vara komponenti nevar aizvadīt siltumu. Kad magnētos un dzelzs serdēs uzkrājas siltums, efektivitāte samazinās, tāpēc viļņu formas un siltuma ceļa optimizācija ir ļoti svarīga motora veiktspējai.
Motora konstrukcija ir optimizēta, lai samazinātu izmaksas un panāktu automatizētu masveida ražošanu. Ekstrudētam korpusa gredzenam nav nepieciešama sarežģīta mehāniska apstrāde, un tas var samazināt materiālu izmaksas. Spoli var tieši uztīt, un tīšanas procesā tiek izmantots līmēšanas process, lai saglabātu pareizu montāžas formu.
Galvenais ir tas, ka spole ir izgatavota no standarta komerciāli pieejamas stieples, savukārt dzelzs serde ir laminēta ar standarta transformatora tērauda loksnēm, kas vienkārši jāsagriež formā. Citu motoru konstrukcijām serdes laminēšanai ir nepieciešami mīksti magnētiski materiāli, kas var būt dārgāki.
Sadalīto tinumu izmantošana nozīmē, ka magnētiskais tērauds nav jāsadala segmentos; tiem var būt vienkāršākas formas un vieglāk izgatavojami. Magnētiskā tērauda izmēru samazināšana un tā ražošanas vienkāršības nodrošināšana būtiski ietekmē izmaksu samazināšanu.
Šī aksiālā plūsmas motora konstrukciju var pielāgot arī atbilstoši klienta prasībām. Klientiem tiek izstrādātas pielāgotas versijas, kuru pamatā ir pamatprojekts. Pēc tam tās tiek ražotas izmēģinājuma ražošanas līnijā agrīnai ražošanas pārbaudei, ko var atkārtot citās rūpnīcās.
Pielāgošana galvenokārt ir tāpēc, ka transportlīdzekļa veiktspēja ir atkarīga ne tikai no aksiālā magnētiskās plūsmas motora konstrukcijas, bet arī no transportlīdzekļa konstrukcijas, akumulatora bloka un BMS kvalitātes.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 28. septembris
