Berbanding dengan motor fluks jejarian, motor fluks paksi mempunyai banyak kelebihan dalam reka bentuk kenderaan elektrik. Contohnya, motor fluks paksi boleh mengubah reka bentuk rangkaian kuasa dengan menggerakkan motor dari gandar ke bahagian dalam roda.
1. Paksi kuasa
Motor fluks paksimendapat perhatian yang semakin meningkat (mendapat daya tarikan). Selama bertahun-tahun, motor jenis ini telah digunakan dalam aplikasi pegun seperti lif dan jentera pertanian, tetapi sejak sedekad yang lalu, ramai pembangun telah berusaha untuk menambah baik teknologi ini dan mengaplikasikannya pada motosikal elektrik, pod lapangan terbang, trak kargo, kenderaan elektrik dan juga kapal terbang.
Motor fluks jejarian tradisional menggunakan magnet kekal atau motor induksi, yang telah mencapai kemajuan yang ketara dalam mengoptimumkan berat dan kos. Walau bagaimanapun, ia menghadapi banyak kesukaran untuk terus berkembang. Fluks paksi, jenis motor yang sama sekali berbeza, mungkin merupakan alternatif yang baik.
Berbanding dengan motor jejarian, luas permukaan magnet berkesan motor magnet kekal fluks paksi ialah permukaan rotor motor, bukan diameter luar. Oleh itu, dalam isipadu motor tertentu, motor magnet kekal fluks paksi biasanya boleh memberikan tork yang lebih besar.
Motor fluks paksilebih padat; Berbanding dengan motor jejarian, panjang paksi motor adalah jauh lebih pendek. Bagi motor roda dalaman, ini selalunya merupakan faktor penting. Struktur padat motor paksi memastikan ketumpatan kuasa dan ketumpatan tork yang lebih tinggi berbanding motor jejarian yang serupa, sekali gus menghapuskan keperluan untuk kelajuan operasi yang sangat tinggi.
Kecekapan motor fluks paksi juga sangat tinggi, biasanya melebihi 96%. Ini disebabkan oleh laluan fluks satu dimensi yang lebih pendek, yang setanding atau lebih tinggi kecekapannya berbanding motor fluks jejarian 2D terbaik di pasaran.
Panjang motor adalah lebih pendek, biasanya 5 hingga 8 kali lebih pendek, dan beratnya juga dikurangkan sebanyak 2 hingga 5 kali ganda. Kedua-dua faktor ini telah mengubah pilihan pereka platform kenderaan elektrik.
2. Teknologi fluks paksi
Terdapat dua topologi utama untukmotor fluks paksi: stator tunggal rotor berkembar (kadangkala dirujuk sebagai mesin gaya torus) dan stator berkembar rotor tunggal.
Pada masa ini, kebanyakan motor magnet kekal menggunakan topologi fluks jejarian. Litar fluks magnet bermula dengan magnet kekal pada rotor, melalui gigi pertama pada stator, dan kemudian mengalir secara jejarian di sepanjang stator. Kemudian melalui gigi kedua untuk sampai ke keluli magnet kedua pada rotor. Dalam topologi fluks paksi rotor dua hala, gelung fluks bermula dari magnet pertama, melalui secara paksi melalui gigi stator, dan segera sampai ke magnet kedua.
Ini bermakna laluan fluks adalah jauh lebih pendek daripada motor fluks jejarian, menghasilkan isipadu motor yang lebih kecil, ketumpatan kuasa yang lebih tinggi dan kecekapan pada kuasa yang sama.
Motor jejari, di mana fluks magnet melalui gigi pertama dan kemudian kembali ke gigi seterusnya melalui stator, sampai ke magnet. Fluks magnet mengikuti laluan dua dimensi.
Laluan fluks magnet mesin fluks magnet paksi adalah satu dimensi, jadi keluli elektrik berorientasikan butiran boleh digunakan. Keluli ini memudahkan fluks melaluinya, sekali gus meningkatkan kecekapan.
Motor fluks jejarian secara tradisinya menggunakan belitan teragih, dengan sehingga separuh daripada hujung belitan tidak berfungsi. Gegelung yang terbentang akan mengakibatkan berat tambahan, kos, rintangan elektrik dan lebih banyak kehilangan haba, memaksa pereka untuk menambah baik reka bentuk belitan.
Hujung gegelungmotor fluks paksiadalah jauh lebih sedikit, dan sesetengah reka bentuk menggunakan belitan pekat atau bersegmen, yang benar-benar berkesan. Bagi mesin jejari stator bersegmen, pecahnya laluan fluks magnet dalam stator boleh membawa kerugian tambahan, tetapi bagi motor fluks paksi, ini bukan masalah. Reka bentuk belitan gegelung adalah kunci untuk membezakan tahap pembekal.
3. Pembangunan
Motor fluks paksi menghadapi beberapa cabaran serius dalam reka bentuk dan pengeluaran, walaupun terdapat kelebihan teknologi, kosnya jauh lebih tinggi daripada motor jejarian. Orang ramai mempunyai pemahaman yang sangat mendalam tentang motor jejarian, dan kaedah pembuatan serta peralatan mekanikal juga mudah didapati.
Salah satu cabaran utama motor fluks paksi adalah untuk mengekalkan jurang udara yang seragam antara rotor dan stator, kerana daya magnet jauh lebih besar daripada motor jejari, menjadikannya sukar untuk mengekalkan jurang udara yang seragam. Motor fluks paksi rotor berkembar juga mempunyai masalah pelesapan haba, kerana belitan terletak jauh di dalam stator dan di antara dua cakera rotor, menjadikan pelesapan haba sangat sukar.
Motor fluks paksi juga sukar untuk dihasilkan atas pelbagai sebab. Mesin rotor berkembar yang menggunakan mesin rotor berkembar dengan topologi yoke (iaitu menanggalkan yoke besi daripada stator tetapi mengekalkan gigi besi) mengatasi beberapa masalah ini tanpa mengembangkan diameter dan magnet motor.
Walau bagaimanapun, menanggalkan yoke membawa cabaran baharu, seperti cara memasang dan meletakkan gigi individu tanpa sambungan yoke mekanikal. Penyejukan juga merupakan cabaran yang lebih besar.
Ia juga sukar untuk menghasilkan rotor dan mengekalkan jurang udara, kerana cakera rotor menarik rotor. Kelebihannya ialah cakera rotor disambungkan secara langsung melalui cincin aci, jadi daya-daya tersebut akan membatalkan satu sama lain. Ini bermakna galas dalaman tidak menahan daya-daya ini, dan satu-satunya fungsinya adalah untuk memastikan stator berada di kedudukan tengah antara dua cakera rotor.
Motor rotor tunggal stator berganda tidak menghadapi cabaran motor bulat, tetapi reka bentuk stator jauh lebih kompleks dan sukar untuk mencapai automasi, dan kos yang berkaitan juga tinggi. Tidak seperti mana-mana motor fluks jejarian tradisional, proses pembuatan motor paksi dan peralatan mekanikal baru-baru ini muncul.
4. Aplikasi kenderaan elektrik
Kebolehpercayaan adalah penting dalam industri automotif, dan membuktikan kebolehpercayaan dan kekukuhan pelbagaimotor fluks paksiUntuk meyakinkan pengeluar bahawa motor ini sesuai untuk pengeluaran besar-besaran sentiasa menjadi satu cabaran. Ini telah mendorong pembekal motor paksi untuk menjalankan program pengesahan yang meluas sendiri, dengan setiap pembekal menunjukkan bahawa kebolehpercayaan motor mereka tidak berbeza dengan motor fluks jejarian tradisional.
Satu-satunya komponen yang boleh haus dalammotor fluks paksiialah galas. Panjang fluks magnet paksi agak pendek, dan kedudukan galas lebih dekat, biasanya direka bentuk untuk sedikit "berdimensi berlebihan". Mujurlah, motor fluks paksi mempunyai jisim rotor yang lebih kecil dan boleh menahan beban aci dinamik rotor yang lebih rendah. Oleh itu, daya sebenar yang dikenakan pada galas adalah jauh lebih kecil daripada motor fluks jejarian.
Gandar elektronik merupakan salah satu aplikasi pertama motor paksi. Lebar yang lebih nipis boleh merangkumi motor dan kotak gear dalam gandar. Dalam aplikasi hibrid, panjang paksi motor yang lebih pendek seterusnya memendekkan jumlah panjang sistem penghantaran.
Langkah seterusnya ialah memasang motor paksi pada roda. Dengan cara ini, kuasa boleh dihantar terus dari motor ke roda, sekali gus meningkatkan kecekapan motor. Disebabkan penghapusan transmisi, pembezaan dan aci pemacu, kerumitan sistem juga telah dikurangkan.
Walau bagaimanapun, nampaknya konfigurasi standard masih belum muncul. Setiap pengeluar peralatan asal sedang mengkaji konfigurasi tertentu, kerana saiz dan bentuk motor paksi yang berbeza boleh mengubah reka bentuk kenderaan elektrik. Berbanding dengan motor jejari, motor paksi mempunyai ketumpatan kuasa yang lebih tinggi, yang bermaksud motor paksi yang lebih kecil boleh digunakan. Ini menyediakan pilihan reka bentuk baharu untuk platform kenderaan, seperti penempatan pek bateri.
4.1 Angker bersegmen
Topologi motor YASA (Yokeless and Segmented Armature) merupakan contoh topologi stator tunggal dwi rotor, yang mengurangkan kerumitan pembuatan dan sesuai untuk pengeluaran besar-besaran automatik. Motor ini mempunyai ketumpatan kuasa sehingga 10 kW/kg pada kelajuan 2000 hingga 9000 rpm.
Menggunakan pengawal khusus, ia boleh membekalkan arus 200 kVA untuk motor. Pengawal ini mempunyai isipadu kira-kira 5 liter dan beratnya 5.8 kilogram, termasuk pengurusan haba dengan penyejukan minyak dielektrik, sesuai untuk motor fluks paksi serta motor fluks induksi dan jejari.
Ini membolehkan pengeluar peralatan asli kenderaan elektrik dan pembangun peringkat pertama memilih motor yang sesuai secara fleksibel berdasarkan aplikasi dan ruang yang tersedia. Saiz dan berat yang lebih kecil menjadikan kenderaan lebih ringan dan mempunyai lebih banyak bateri, sekali gus meningkatkan peningkatan julat.
5. Aplikasi motosikal elektrik
Bagi motosikal elektrik dan ATV, sesetengah syarikat telah membangunkan motor fluks paksi AC. Reka bentuk yang biasa digunakan untuk kenderaan jenis ini ialah reka bentuk fluks paksi berasaskan berus DC, manakala produk baharu ialah reka bentuk tanpa berus AC yang dimeterai sepenuhnya.
Gegelung motor DC dan AC kekal pegun, tetapi rotor berkembar menggunakan magnet kekal dan bukannya angker berputar. Kelebihan kaedah ini ialah ia tidak memerlukan pembalikan mekanikal.
Reka bentuk paksi AC juga boleh menggunakan pengawal motor AC tiga fasa standard untuk motor jejarian. Ini membantu mengurangkan kos, kerana pengawal mengawal arus tork, bukan kelajuan. Pengawal memerlukan frekuensi 12 kHz atau lebih tinggi, yang merupakan frekuensi arus perdana peranti sedemikian.
Frekuensi yang lebih tinggi datang daripada induktans penggulungan yang lebih rendah iaitu 20 µH. Frekuensi tersebut boleh mengawal arus untuk meminimumkan riak arus dan memastikan isyarat sinusoidal selancar mungkin. Dari perspektif dinamik, ini merupakan cara terbaik untuk mencapai kawalan motor yang lebih lancar dengan membenarkan perubahan tork yang pantas.
Reka bentuk ini menggunakan belitan lapisan berganda teragih, jadi fluks magnet mengalir dari rotor ke rotor lain melalui stator, dengan laluan yang sangat pendek dan kecekapan yang lebih tinggi.
Kunci kepada reka bentuk ini ialah ia boleh beroperasi pada voltan maksimum 60 V dan tidak sesuai untuk sistem voltan yang lebih tinggi. Oleh itu, ia boleh digunakan untuk motosikal elektrik dan kenderaan empat roda kelas L7e seperti Renault Twizy.
Voltan maksimum 60 V membolehkan motor disepadukan ke dalam sistem elektrik arus perdana 48 V dan memudahkan kerja penyelenggaraan.
Spesifikasi motosikal empat roda L7e dalam Peraturan Kerangka Kerja Eropah 2002/24/EC menetapkan bahawa berat kenderaan yang digunakan untuk mengangkut barang tidak melebihi 600 kilogram, tidak termasuk berat bateri. Kenderaan ini dibenarkan membawa tidak lebih daripada 200 kilogram penumpang, tidak lebih daripada 1000 kilogram kargo, dan tidak lebih daripada 15 kilowatt kuasa enjin. Kaedah penggulungan teragih boleh memberikan tork 75-100 Nm, dengan kuasa output puncak 20-25 kW dan kuasa berterusan 15 kW.
Cabaran fluks paksi terletak pada bagaimana belitan kuprum menghilangkan haba, yang sukar kerana haba mesti melalui rotor. Belitan teragih adalah kunci untuk menyelesaikan masalah ini, kerana ia mempunyai sejumlah besar slot kutub. Dengan cara ini, terdapat luas permukaan yang lebih besar antara kuprum dan cangkerang, dan haba boleh dipindahkan ke luar dan dinyahcas oleh sistem penyejukan cecair standard.
Pelbagai kutub magnet adalah kunci untuk menggunakan bentuk gelombang sinusoidal, yang membantu mengurangkan harmonik. Harmonik ini ditunjukkan sebagai pemanasan magnet dan teras, manakala komponen kuprum tidak dapat membawa haba pergi. Apabila haba terkumpul dalam magnet dan teras besi, kecekapan berkurangan, oleh itu pengoptimuman bentuk gelombang dan laluan haba adalah penting untuk prestasi motor.
Reka bentuk motor telah dioptimumkan untuk mengurangkan kos dan mencapai pengeluaran besar-besaran automatik. Cincin perumah tersemperit tidak memerlukan pemprosesan mekanikal yang kompleks dan boleh mengurangkan kos bahan. Gegelung boleh dililit terus dan proses ikatan digunakan semasa proses penggulungan untuk mengekalkan bentuk pemasangan yang betul.
Perkara utamanya ialah gegelung diperbuat daripada dawai standard yang tersedia secara komersial, manakala teras besi dilaminasi dengan keluli transformer standard yang diletakkan di luar rak, yang hanya perlu dipotong mengikut bentuk. Reka bentuk motor lain memerlukan penggunaan bahan magnet lembut dalam laminasi teras, yang mungkin lebih mahal.
Penggunaan belitan teragih bermakna keluli magnet tidak perlu dibahagikan; ia boleh menjadi bentuk yang lebih ringkas dan lebih mudah untuk dihasilkan. Mengurangkan saiz keluli magnet dan memastikan kemudahan pembuatannya mempunyai impak yang ketara dalam mengurangkan kos.
Reka bentuk motor fluks paksi ini juga boleh disesuaikan mengikut keperluan pelanggan. Pelanggan mempunyai versi tersuai yang dibangunkan berdasarkan reka bentuk asas. Kemudian dikeluarkan pada barisan pengeluaran percubaan untuk pengesahan pengeluaran awal, yang boleh direplikasi di kilang lain.
Pengubahsuaian adalah terutamanya kerana prestasi kenderaan bukan sahaja bergantung pada reka bentuk motor fluks magnet paksi, tetapi juga pada kualiti struktur kenderaan, pek bateri dan BMS.
Masa siaran: 28 Sep-2023
