Berbanding dengan motor fluks jejari, motor fluks paksi mempunyai banyak kelebihan dalam reka bentuk kenderaan elektrik. Contohnya, motor fluks paksi boleh mengubah reka bentuk powertrain dengan menggerakkan motor dari gandar ke bahagian dalam roda.
1.Paksi kuasa
Motor fluks paksisemakin mendapat perhatian (gain traction). Selama bertahun-tahun, motor jenis ini telah digunakan dalam aplikasi pegun seperti lif dan jentera pertanian, tetapi sejak sedekad yang lalu, banyak pembangun telah berusaha untuk menambah baik teknologi ini dan menerapkannya pada motosikal elektrik, pod lapangan terbang, trak kargo, elektrik. kenderaan, dan juga kapal terbang.
Motor fluks jejari tradisional menggunakan magnet kekal atau motor aruhan, yang telah mencapai kemajuan yang ketara dalam mengoptimumkan berat dan kos. Walau bagaimanapun, mereka menghadapi banyak kesukaran untuk terus membangun. Fluks paksi, jenis motor yang sama sekali berbeza, mungkin merupakan alternatif yang baik.
Berbanding dengan motor jejarian, luas permukaan magnetik berkesan bagi motor magnet kekal fluks paksi ialah permukaan pemutar motor, bukan diameter luar. Oleh itu, dalam volum 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 lebih pendek. Untuk motor roda dalaman, ini selalunya merupakan faktor penting. Struktur padat motor paksi memastikan ketumpatan kuasa dan ketumpatan tork yang lebih tinggi daripada 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 adalah terima kasih kepada laluan fluks satu dimensi yang lebih pendek, yang setanding atau lebih tinggi dalam kecekapan berbanding motor fluks jejarian 2D terbaik di pasaran.
Panjang motor lebih pendek, biasanya 5 hingga 8 kali lebih pendek, dan beratnya juga dikurangkan sebanyak 2 hingga 5 kali. Kedua-dua faktor ini telah mengubah pilihan pereka platform kenderaan elektrik.
2. Teknologi fluks paksi
Terdapat dua topologi utama untukmotor fluks paksi: pemegun tunggal pemutar dwi (kadangkala dirujuk sebagai mesin gaya torus) dan pemegun dwi pemutar tunggal.
Pada masa ini, kebanyakan motor magnet kekal menggunakan topologi fluks jejari. Litar fluks magnet bermula dengan magnet kekal pada pemutar, melalui gigi pertama pada stator, dan kemudian mengalir secara jejari di sepanjang stator. Kemudian melalui gigi kedua untuk mencapai keluli magnet kedua pada pemutar. Dalam topologi fluks paksi pemutar dwi, gelung fluks bermula dari magnet pertama, melalui paksi melalui gigi stator, dan serta-merta mencapai magnet kedua.
Ini bermakna laluan fluks jauh lebih pendek daripada motor fluks jejari, menghasilkan volum 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, mencapai magnet. Fluks magnet mengikut laluan dua dimensi.
Laluan fluks magnet bagi mesin fluks magnet paksi adalah satu dimensi, jadi keluli elektrik berorientasikan biji boleh digunakan. Keluli ini memudahkan fluks melaluinya, dengan itu meningkatkan kecekapan.
Motor fluks jejari secara tradisinya menggunakan belitan teragih, dengan sehingga separuh daripada hujung belitan tidak berfungsi. Tertakluk gegelung akan menghasilkan berat tambahan, kos, rintangan elektrik dan lebih banyak kehilangan haba, memaksa pereka bentuk untuk menambah baik reka bentuk penggulungan.
Gegelung berakhirmotor fluks paksiadalah lebih kurang, dan sesetengah reka bentuk menggunakan belitan pekat atau bersegmen, yang benar-benar berkesan. Untuk mesin jejari stator bersegmen, pecah laluan fluks magnet dalam stator boleh membawa kerugian tambahan, tetapi untuk motor fluks paksi, ini bukan masalah. Reka bentuk penggulungan gegelung adalah kunci untuk membezakan tahap pembekal.
3. Perkembangan
Motor fluks paksi menghadapi beberapa cabaran serius dalam reka bentuk dan pengeluaran, walaupun kelebihan teknologinya, kosnya jauh lebih tinggi daripada motor jejarian. Orang ramai mempunyai pemahaman yang sangat teliti tentang motor jejarian, dan kaedah pembuatan serta peralatan mekanikal juga tersedia.
Salah satu cabaran utama motor fluks paksi adalah untuk mengekalkan jurang udara seragam antara pemutar dan stator, kerana daya magnet jauh lebih besar daripada motor jejarian, menjadikannya sukar untuk mengekalkan jurang udara seragam. Motor fluks paksi dwi rotor juga mempunyai isu pelesapan haba, kerana belitan terletak jauh di dalam stator dan antara dua cakera pemutar, menjadikan pelesapan haba sangat sukar.
Motor fluks paksi juga sukar untuk dihasilkan atas banyak sebab. Mesin dwi rotor menggunakan mesin dwi rotor dengan topologi kuk (iaitu mengeluarkan kuk besi dari stator tetapi mengekalkan gigi besi) mengatasi beberapa masalah ini tanpa mengembangkan diameter motor dan magnet.
Walau bagaimanapun, menanggalkan kuk membawa cabaran baharu, seperti cara membetulkan dan meletakkan gigi individu tanpa sambungan kuk mekanikal. Penyejukan juga merupakan cabaran yang lebih besar.
Ia juga sukar untuk menghasilkan pemutar dan mengekalkan jurang udara, kerana cakera pemutar menarik pemutar. Kelebihannya ialah cakera pemutar disambungkan terus melalui gelang aci, jadi kuasa-kuasa membatalkan satu sama lain. Ini bermakna bahawa galas dalaman tidak menahan daya ini, dan satu-satunya fungsinya adalah untuk mengekalkan stator di kedudukan tengah antara dua cakera rotor.
Motor pemutar tunggal pemegun dua tidak menghadapi cabaran motor pekeliling, tetapi reka bentuk pemegun adalah lebih kompleks dan sukar untuk mencapai automasi, dan kos yang berkaitan juga tinggi. Tidak seperti mana-mana motor fluks jejari tradisional, proses pembuatan motor paksi dan peralatan mekanikal baru-baru ini muncul.
4. Penggunaan kenderaan elektrik
Kebolehpercayaan adalah penting dalam industri automotif, dan membuktikan kebolehpercayaan dan keteguhan yang berbezamotor fluks paksiuntuk meyakinkan pengeluar bahawa motor ini sesuai untuk pengeluaran besar-besaran sentiasa menjadi cabaran. Ini telah mendorong pembekal motor paksi untuk menjalankan program pengesahan yang meluas sendiri, dengan setiap pembekal menunjukkan bahawa kebolehpercayaan motor mereka tidak berbeza daripada motor fluks jejarian tradisional.
Satu-satunya komponen yang boleh haus dalammotor fluks paksiialah galas. Panjang fluks magnet paksi adalah agak pendek, dan kedudukan galas lebih dekat, biasanya direka untuk sedikit "lebih dimensi". Nasib baik, motor fluks paksi mempunyai jisim rotor yang lebih kecil dan boleh menahan beban aci dinamik pemutar yang lebih rendah. Oleh itu, daya sebenar yang dikenakan pada galas adalah jauh lebih kecil daripada motor fluks jejarian.
Gandar elektronik adalah salah satu aplikasi pertama motor paksi. Lebar yang lebih nipis boleh membungkus 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, meningkatkan kecekapan motor. Oleh kerana penghapusan penghantaran, pembezaan, dan aci pemacu, kerumitan sistem juga telah dikurangkan.
Walau bagaimanapun, nampaknya konfigurasi standard masih belum muncul. Setiap pengeluar peralatan asal sedang meneliti konfigurasi tertentu, kerana saiz dan bentuk motor paksi yang berbeza boleh mengubah reka bentuk kenderaan elektrik. Berbanding dengan motor jejarian, 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) ialah contoh topologi pemegun 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 memberikan arus sebanyak 200 kVA untuk motor. Pengawal mempunyai isipadu kira-kira 5 liter dan berat 5.8 kilogram, termasuk pengurusan haba dengan penyejukan minyak dielektrik, sesuai untuk motor fluks paksi serta motor fluks aruhan dan jejari.
Ini membolehkan pengeluar peralatan asal 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, dengan itu meningkatkan rangsangan julat.
5. Aplikasi motosikal elektrik
Untuk 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 kedua-dua motor DC dan AC kekal pegun, tetapi pemutar dwi 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 kearuhan belitan yang lebih rendah iaitu 20 µ H. Frekuensi boleh mengawal arus untuk meminimumkan riak arus dan memastikan isyarat sinusoidal selancar mungkin. Dari perspektif dinamik, ini adalah cara terbaik untuk mencapai kawalan motor yang lebih lancar dengan membenarkan perubahan tork yang cepat.
Reka bentuk ini menggunakan belitan dua lapisan teragih, jadi fluks magnet mengalir dari pemutar ke pemutar lain melalui pemegun, 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 beroda empat kelas L7e seperti Renault Twizy.
Voltan maksimum 60 V membolehkan motor disepadukan ke dalam sistem elektrik 48 V arus perdana dan memudahkan kerja penyelenggaraan.
Spesifikasi motosikal empat roda L7e dalam Peraturan Rangka 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 keluaran puncak 20-25 kW dan kuasa berterusan 15 kW.
Cabaran fluks paksi terletak pada cara belitan kuprum menghilangkan haba, yang sukar kerana haba mesti melalui pemutar. Penggulungan yang diedarkan adalah kunci untuk menyelesaikan masalah ini, kerana ia mempunyai sejumlah besar slot tiang. Dengan cara ini, terdapat kawasan permukaan yang lebih besar antara kuprum dan cangkang, dan haba boleh dipindahkan ke luar dan dilepaskan oleh sistem penyejukan cecair standard.
Berbilang kutub magnet adalah kunci untuk menggunakan bentuk gelombang sinusoidal, yang membantu mengurangkan harmonik. Harmonik ini dimanifestasikan sebagai pemanasan magnet dan teras, manakala komponen tembaga tidak dapat membawa haba. Apabila haba terkumpul dalam magnet dan teras besi, kecekapan berkurangan, itulah sebabnya mengoptimumkan 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 perumahan tersemperit tidak memerlukan pemprosesan mekanikal yang kompleks dan boleh mengurangkan kos bahan. Gegelung boleh terus dililit dan proses ikatan digunakan semasa proses penggulungan untuk mengekalkan bentuk pemasangan yang betul.
Perkara utama ialah gegelung diperbuat daripada wayar standard yang tersedia secara komersil, manakala teras besi dilapisi dengan keluli pengubah rak standard, yang hanya perlu dipotong mengikut bentuk. Reka bentuk motor lain memerlukan penggunaan bahan magnet lembut dalam salutan teras, yang mungkin lebih mahal.
Penggunaan belitan teragih bermakna keluli magnet tidak perlu dibahagikan; Mereka boleh menjadi bentuk yang lebih ringkas dan lebih mudah untuk dihasilkan. Mengurangkan saiz keluli magnetik dan memastikan kemudahan pembuatannya mempunyai kesan 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 dihasilkan pada barisan pengeluaran percubaan untuk pengesahan pengeluaran awal, yang boleh direplikasi di kilang lain.
Penyesuaian adalah terutamanya kerana prestasi kenderaan bergantung bukan sahaja pada reka bentuk motor fluks magnet paksi, tetapi juga pada kualiti struktur kenderaan, pek bateri, dan BMS.
Masa siaran: Sep-28-2023
