In paragone cù i motori à flussu radiale, i motori à flussu assiale anu parechji vantaghji in a cuncepzione di i veiculi elettrici. Per esempiu, i motori à flussu assiale ponu cambià a cuncepzione di u gruppu motopropulsore muvendu u mutore da l'asse à l'internu di e rote.
1. Asse di putenza
Motori à flussu assialericevenu sempre più attenzione (guadagnanu trazione). Per parechji anni, stu tipu di mutore hè statu utilizatu in applicazioni stazionarie cum'è ascensori è macchine agricule, ma in l'ultima dicada, parechji sviluppatori anu travagliatu per migliurà sta tecnulugia è applicalla à motociclette elettriche, capsule aeroportuali, camion di carica, veiculi elettrichi è ancu aerei.
I motori tradiziunali à flussu radiale utilizanu magneti permanenti o motori à induzione, chì anu fattu progressi significativi in l'ottimizazione di u pesu è di u costu. Tuttavia, scontranu parechje difficultà per cuntinuà à sviluppassi. U flussu assiale, un tipu di motore cumpletamente differente, pò esse una bona alternativa.
In paragone cù i motori radiali, a superficia magnetica effettiva di i motori à magneti permanenti à flussu assiale hè a superficia di u rotore di u mutore, micca u diametru esternu. Dunque, in un certu vulume di mutore, i motori à magneti permanenti à flussu assiale ponu generalmente furnisce una coppia più grande.
Motori à flussu assialesò più cumpatti; In paragone à i motori radiali, a lunghezza assiale di u mutore hè assai più corta. Per i motori di e rote interne, questu hè spessu un fattore cruciale. A struttura cumpatta di i motori assiali assicura una densità di putenza è una densità di coppia più elevate cà i motori radiali simili, eliminendu cusì a necessità di velocità di funziunamentu estremamente elevate.
L'efficienza di i motori à flussu assiale hè ancu assai alta, di solitu superendu u 96%. Questu hè grazia à u percorsu di flussu più cortu è unidimensionale, chì hè paragunabile o ancu più altu in efficienza paragunatu à i migliori motori à flussu radiale 2D in u mercatu.
A lunghezza di u mutore hè più corta, di solitu da 5 à 8 volte più corta, è u pesu hè ancu riduttu da 2 à 5 volte. Quessi dui fattori anu cambiatu a scelta di i cuncettori di piattaforme di veiculi elettrici.
2. Tecnulugia di flussu assiale
Ci sò duie topologie principali permotori à flussu assiale: statore unicu à doppiu rotore (qualchì volta chjamate macchine di tipu torus) è statore unicu à doppiu rotore.
Attualmente, a maiò parte di i motori à magneti permanenti utilizanu una topologia di flussu radiale. U circuitu di flussu magneticu principia cù un magnetu permanente nantu à u rotore, passa per u primu dente nantu à u statore, è dopu scorre radialmente longu u statore. Dopu passa per u secondu dente per ghjunghje à u secondu acciaio magneticu nantu à u rotore. In una topologia di flussu assiale à doppiu rotore, u ciclu di flussu principia da u primu magnetu, passa assialmente per i denti di u statore, è ghjunghje subitu à u secondu magnetu.
Ciò significa chì u percorsu di flussu hè assai più cortu chè quellu di i motori à flussu radiale, ciò chì risulta in volumi di motori più chjuchi, una densità di putenza più elevata è una efficienza più elevata à a listessa putenza.
Un mutore radiale, induve u flussu magneticu passa per u primu dente è poi torna à u dente prossimu per u statore, righjunghjendu u magnetu. U flussu magneticu seguita un percorsu bidimensionale.
U percorsu di u flussu magneticu di una macchina à flussu magneticu assiale hè unidimensionale, dunque si pò aduprà acciaio elettricu à grani orientati. Questu acciaio facilita u passaghju di u flussu, migliurendu cusì l'efficienza.
I motori à flussu radiale utilizanu tradiziunalmente avvolgimenti distribuiti, cù finu à a metà di l'estremità di l'avvolgimenti chì ùn funzionanu micca. A sporgenza di a bobina si traduce in un pesu supplementu, costu, resistenza elettrica è più perdita di calore, furzendu i cuncettori à migliurà u disignu di l'avvolgimenti.
L'estremità di a bobinamotori à flussu assialesò assai menu, è certi disinni utilizanu avvolgimenti cuncintrati o segmentati, chì sò cumpletamente efficaci. Per e macchine radiali à statore segmentatu, a rottura di u percorsu di u flussu magneticu in u statore pò purtà perdite supplementari, ma per i motori à flussu assiale, questu ùn hè micca un prublema. U disignu di l'avvolgimentu di a bobina hè a chjave per distingue u livellu di i fornitori.
3. Sviluppu
I motori à flussu assiale sò cunfruntati à sfide serie in a cuncepzione è a pruduzzione, malgradu i so vantaghji tecnologichi, i so costi sò assai più alti di quelli di i motori radiali. A ghjente hà una cunniscenza assai cumpleta di i motori radiali, è i metudi di fabricazione è l'attrezzatura meccanica sò ancu facilmente dispunibili.
Unu di i principali sfidi di i motori à flussu assiale hè di mantene un spaziu d'aria uniforme trà u rotore è u statore, postu chì a forza magnetica hè assai più grande di quella di i motori radiali, ciò chì rende difficiule di mantene un spaziu d'aria uniforme. U motoru à flussu assiale à doppiu rotore hà ancu prublemi di dissipazione di u calore, postu chì l'avvolgimentu hè situatu in fondu à u statore è trà i dui dischi di u rotore, ciò chì rende a dissipazione di u calore assai difficiule.
I motori à flussu assiale sò ancu difficiuli da fabricà per parechje ragioni. A macchina à doppiu rotore chì usa una macchina à doppiu rotore cù una topologia di gioghi (vale à dì rimuovendu u giogu di ferru da u statore ma mantenendu i denti di ferru) supera alcuni di sti prublemi senza allargà u diametru di u mutore è u magnete.
Tuttavia, a rimuzione di u giogu porta novi sfide, cum'è cumu fissà è pusizziunà i denti individuali senza una cunnessione meccanica di u giogu. U raffreddamentu hè ancu una sfida più grande.
Hè ancu difficiule di pruduce u rotore è di mantene u spaziu d'aria, postu chì u discu di u rotore attrae u rotore. U vantaghju hè chì i dischi di u rotore sò cunnessi direttamente per mezu di un anellu di l'arburu, cusì e forze si annullanu l'una l'altra. Questu significa chì u cuscinettu internu ùn resiste micca à queste forze, è a so unica funzione hè di mantene u statore in a pusizione media trà i dui dischi di u rotore.
I motori à rotore unicu è doppiu statore ùn affrontanu micca e sfide di i motori circulari, ma u cuncepimentu di u statore hè assai più cumplessu è difficiule da ottene l'automatizazione, è i costi cunnessi sò ancu elevati. À u cuntrariu di qualsiasi motore à flussu radiale tradiziunale, i prucessi di fabricazione di motori assiali è l'equipaggiamenti meccanichi sò emersi solu di recente.
4. Applicazione di veiculi elettrichi
L'affidabilità hè cruciale in l'industria automobilistica, è pruvà l'affidabilità è a robustezza di diversemotori à flussu assialeCunvince i pruduttori chì sti motori sò adatti per a pruduzzione di massa hè sempre stata una sfida. Questu hà incitatu i fornitori di motori assiali à realizà ampi prugrammi di validazione per contu soiu, cù ogni fornitore chì dimostra chì l'affidabilità di u so mutore ùn hè micca diversa da i motori à flussu radiale tradiziunali.
L'unicu cumpunente chì pò usà si in unmutore à flussu assialesò i cuscinetti. A lunghezza di u flussu magneticu assiale hè relativamente corta, è a pusizione di i cuscinetti hè più vicina, di solitu cuncipita per esse ligeramente "sovradimensionata". Fortunatamente, u mutore à flussu assiale hà una massa di rotore più chjuca è pò suppurtà carichi dinamichi di l'albero di rotore più bassi. Dunque, a forza effettiva applicata à i cuscinetti hè assai più chjuca di quella di u mutore à flussu radiale.
L'asse elettronicu hè una di e prime applicazioni di i motori assiali. A larghezza più fina pò incapsulà u mutore è a scatula di riduzzione in l'asse. In l'applicazioni ibride, a lunghezza assiale più corta di u mutore à u so tornu accorcia a lunghezza tutale di u sistema di trasmissione.
U prossimu passu hè di stallà u mutore assiale nantu à a rota. In questu modu, a putenza pò esse trasmessa direttamente da u mutore à e rote, migliurendu l'efficienza di u mutore. Grazie à l'eliminazione di trasmissioni, differenziali è alberi di trasmissione, a cumplessità di u sistema hè stata ancu ridutta.
Tuttavia, pare chì e cunfigurazioni standard ùn sò ancu apparse. Ogni fabricatore di apparecchiature originali face ricerche nantu à cunfigurazioni specifiche, postu chì e diverse dimensioni è forme di i motori assiali ponu alterà u disignu di i veiculi elettrici. In paragone à i motori radiali, i motori assiali anu una densità di putenza più alta, ciò chì significa chì si ponu aduprà motori assiali più chjuchi. Questu furnisce nuove opzioni di cuncepimentu per e piattaforme di i veiculi, cum'è u piazzamentu di i pacchi batterie.
4.1 Armatura segmentata
A topologia di u mutore YASA (Yokeless and Segmented Armature) hè un esempiu di una topologia à doppio rotore è statore unicu, chì riduce a cumplessità di fabricazione è hè adatta per a pruduzzione di massa automatizata. Quessi motori anu una densità di putenza finu à 10 kW/kg à velocità da 2000 à 9000 giri/min.
Cù un controller dedicatu, pò furnisce una corrente di 200 kVA per u mutore. U controller hà un vulume di circa 5 litri è pesa 5,8 chilogrammi, cumprese a gestione termica cù raffreddamentu à oliu dielettricu, adattatu per i motori à flussu assiale è ancu per i motori à induzione è à flussu radiale.
Questu permette à i pruduttori di apparecchiature originali di veiculi elettrici è à i sviluppatori di primu livellu di sceglie in modu flessibile u mutore adattatu secondu l'applicazione è u spaziu dispunibule. A dimensione è u pesu più chjuchi rendenu u veiculu più ligeru è hà più batterie, aumentendu cusì l'autonomia.
5. Applicazione di motociclette elettriche
Per e motociclette elettriche è l'ATV, alcune cumpagnie anu sviluppatu motori à flussu assiale AC. U cuncepimentu cumunemente utilizatu per questu tipu di veiculu hè u cuncepimentu à flussu assiale DC basatu annantu à e spazzole, mentre chì u novu pruduttu hè un cuncepimentu AC senza spazzole cumpletamente sigillatu.
E bobine di i motori DC è AC restanu stazionarie, ma i rotori duali utilizanu magneti permanenti invece di armature rotanti. U vantaghju di stu metudu hè chì ùn richiede micca inversione meccanica.
U disignu assiale AC pò ancu aduprà cuntrolli di motori AC trifase standard per i motori radiali. Questu aiuta à riduce i costi, postu chì u cuntrolli cuntrolla a corrente di coppia, micca a velocità. U cuntrolli richiede una frequenza di 12 kHz o superiore, chì hè a frequenza principale di tali dispositivi.
A frequenza più alta vene da l'induttanza di l'avvolgimentu più bassa di 20 µH. A frequenza pò cuntrullà a corrente per minimizà l'ondulazione di corrente è assicurà un signale sinusoidale u più lisciu pussibule. Da una perspettiva dinamica, questu hè un ottimu modu per ottene un cuntrollu di u mutore più lisciu permettendu cambiamenti rapidi di coppia.
Stu cuncepimentu adotta un avvolgimentu à doppia strata distribuitu, cusì u flussu magneticu scorre da u rotore à un altru rotore attraversu u statore, cù un percorsu assai cortu è una efficienza più alta.
A chjave di stu cuncepimentu hè chì pò funziunà à una tensione massima di 60 V è ùn hè micca adattatu per i sistemi di tensione più alta. Dunque, pò esse adupratu per e motociclette elettriche è i veiculi à quattru rote di classe L7e cum'è Renault Twizy.
A tensione massima di 60 V permette di integrà u mutore in i sistemi elettrichi principali di 48 V è simplifica u travagliu di manutenzione.
E specificazioni di e motociclette à quattru rote L7e in u Regulamentu Quadru Europeu 2002/24/CE stipulanu chì u pesu di i veiculi utilizati per u trasportu di merci ùn supera micca i 600 chilogrammi, escludendu u pesu di e batterie. Quessi veiculi ùn ponu trasportà più di 200 chilogrammi di passageri, più di 1000 chilogrammi di carica è più di 15 kilowatt di putenza di u mutore. U metudu di avvolgimentu distribuitu pò furnisce una coppia di 75-100 Nm, cù una putenza di piccu di uscita di 20-25 kW è una putenza cuntinua di 15 kW.
A sfida di u flussu assiale stà in u modu in cui l'avvolgimenti di rame dissipanu u calore, ciò chì hè difficiule perchè u calore deve passà per u rotore. L'avvolgimentu distribuitu hè a chjave per risolve stu prublema, postu chì hà un gran numeru di slot poli. In questu modu, ci hè una superficia più grande trà u rame è a carcassa, è u calore pò esse trasferitu à l'esternu è scaricatu da un sistema standard di raffreddamentu à liquidu.
I poli magnetichi multipli sò chjave per l'usu di forme d'onda sinusoidali, chì aiutanu à riduce l'armoniche. Queste armoniche si manifestanu cum'è u riscaldamentu di i magneti è di u core, mentre chì i cumpunenti di rame ùn ponu micca purtà via u calore. Quandu u calore s'accumula in i magneti è i nuclei di ferru, l'efficienza diminuisce, per quessa l'ottimizazione di a forma d'onda è di u percorsu di u calore hè cruciale per e prestazioni di u mutore.
U cuncepimentu di u mutore hè statu ottimizatu per riduce i costi è ottene una pruduzzione di massa automatizata. Un anellu di carcassa estrusu ùn richiede micca una trasfurmazione meccanica cumplessa è pò riduce i costi di i materiali. A bobina pò esse avvolta direttamente è un prucessu di ligame hè utilizatu durante u prucessu di avvolgimentu per mantene a forma curretta di l'assemblea.
U puntu chjave hè chì a bobina hè fatta di filu standard dispunibule in cummerciu, mentre chì u core di ferru hè laminatu cù acciaio di trasformatore standard dispostu fora di u scaffale, chì deve esse solu tagliatu in forma. Altri disinni di motori richiedenu l'usu di materiali magnetichi morbidi in a laminazione di u core, chì pò esse più caru.
L'usu di avvolgimenti distribuiti significa chì l'acciaiu magneticu ùn hà micca bisognu di esse segmentatu; Puderanu esse di forme più simplici è più faciuli da fabricà. Riduce a dimensione di l'acciaiu magneticu è assicurà a so facilità di fabricazione hà un impattu significativu nantu à a riduzione di i costi.
U cuncepimentu di stu mutore à flussu assiale pò ancu esse persunalizatu secondu i bisogni di i clienti. I clienti anu versioni persunalizate sviluppate intornu à u cuncepimentu di basa. Poi fabbricate nantu à una linea di pruduzzione di prova per una verificazione iniziale di a pruduzzione, chì pò esse replicata in altre fabbriche.
A persunalizazione hè principalmente perchè e prestazioni di u veiculu dipendenu micca solu da u disignu di u mutore à flussu magneticu assiale, ma ancu da a qualità di a struttura di u veiculu, di u pacchettu di batterie è di u BMS.
Data di publicazione: 28 di settembre di u 2023
