Comparatu à i mutori di flussu radiale, i mutori di flussu assiale anu assai vantaghji in u disignu di i veiculi elettrici. Per esempiu, i mutori di flussu assiali ponu cambià u disignu di u powertrain movendu u mutore da l'assi à l'internu di e roti.
1.Axis di putenza
Motori à flussu assialericevenu una attenzione crescente (guadagna trazione). Per parechji anni, stu tipu di mutore hè stata utilizata in applicazioni stazionarie cum'è ascensori è machini agriculi, ma in l'ultima dicada, parechji sviluppatori anu travagliatu per migliurà sta tecnulugia è appricà à e motociclette elettriche, baccelli aeroportuali, camioni di carica, elettrici. veiculi, è ancu aerei.
I mutori di flussu radiale tradiziunali utilizanu magneti permanenti o mutori à induzione, chì anu fattu un prugressu significativu in l'optimizazione di u pesu è u costu. Tuttavia, anu affruntatu parechje difficultà per cuntinuà à sviluppà. U flussu assiale, un tipu completamente diversu di mutore, pò esse una bona alternativa.
Comparatu à i muturi radiali, a superficia magnetica efficace di i mutori di magneti permanenti di flussu assiale hè a superficia di u rotore di u mutore, micca u diametru esternu. Dunque, in un certu volume di mutore, i mutori di magneti permanenti di flussu assiale ponu generalmente furnisce un torque più grande.
Motori à flussu assialesò più compacti; Comparatu à i muturi radiali, a lunghezza assiale di u mutore hè assai più corta. Per i motori di rota interna, questu hè spessu un fattore cruciale. A struttura compatta di i motori assiali assicura una densità di putenza è una densità di torque più altu ch'è i mutori radiali simili, eliminendu cusì a necessità di velocità di operazione estremamente elevate.
L'efficienza di i mutori di flussu assiale hè ancu assai alta, generalmente sopra u 96%. Questu hè grazie à u percorsu di flussu dimensionale più curtu, chì hè paragunabile o ancu più altu in efficienza cumparatu cù i migliori mutori di flussu radiale 2D in u mercatu.
A durata di u mutore hè più corta, di solitu da 5 à 8 volte più corta, è u pesu hè ancu ridutta da 2 à 5 volte. Questi dui fatturi anu cambiatu l'scelta di i diseggiani di i veiculi elettrici.
2. Tecnulugia di flussu assiali
Ci sò dui topologies principali permutori à flussu assiale: un rotore duale statore unicu (qualchì volta chjamatu macchine di stile di torus) è un rotore duale stator.
Attualmente, a maiò parte di i mutori di magneti permanenti utilizanu 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 stator, è poi scorri radialmente longu u stator. Allora passa per u sicondu dente per ghjunghje à u sicondu azzaru magneticu nantu à u rotor. In una topologia di flussu assiale di rotore duale, u ciclu di flussu parte da u primu magnetu, passa assialmente à traversu i denti di u stator, è ghjunghje subitu à u sicondu magnetu.
Questu significa chì u percorsu di u flussu hè assai più cortu di quellu di i mutori di flussu radiale, risultatu in volumi di mutori più chjuchi, densità di putenza più alta è efficienza à u stessu putere.
Un mutore radiale, induve u flussu magneticu passa per u primu dente è poi torna à u dente dopu à traversu u stator, ghjunghje à u magnetu. U flussu magneticu seguita una strada bidimensionale.
U percorsu di flussu magneticu di una macchina di flussu magneticu assiale hè unidimensionale, cusì l'acciaio elettricu orientatu à u granu pò esse usatu. Questu azzaru faci più faciule per u flussu per passà, cusì migliurà l'efficienza.
I mutori di flussu radiale usanu tradizionalmente avvolgimenti distribuiti, finu à a mità di l'estremità di l'avvolgimentu ùn funzionanu micca. U sguardu di a bobina darà u pesu supplementu, u costu, a resistenza elettrica è più perdita di calore, furzendu i diseggiani à migliurà u disignu di l'avvolgimentu.
A bobina finisce dimutori à flussu assialesò assai menu, è certi disinni utilizanu avvolgimenti cuncentrati o segmentati, chì sò cumpletamente efficace. Per i machini radiali di statori segmentati, a ruptura di u percorsu di u flussu magneticu in u statore pò purtà perdite supplementari, ma per i mutori di flussu assiali, questu ùn hè micca un prublema. U disignu di l'avvolgimentu di bobina hè a chjave per distingue u livellu di i fornitori.
3. Sviluppu
I mutori di flussu assiale facenu parechje sfide serii in u disignu è a produzzione, malgradu i so vantaghji tecnologichi, i so costi sò assai più alti di quelli di i muturi radiali. A ghjente hà una cunniscenza assai approfondita di i mutori radiali, è i metudi di fabricazione è l'equipaggiu meccanicu sò ancu dispunibili.
Una di e sfide principali di i mutori di flussu assiale hè di mantene un intervallu d'aria uniforme trà u rotore è u stator, cum'è a forza magnetica hè assai più grande di quella di i muturi radiali, rendendu difficiule di mantene un intervallu d'aria uniforme. U mutore di flussu assiale di u rotore duale hà ancu prublemi di dissipazione di u calore, postu chì l'avvolgimentu si trova in prufonda in u stator è trà i dui dischi rotori, facendu a dissipazione di u calore assai difficiule.
I mutori di flussu assiali sò ancu difficiuli di fabricà per parechje ragioni. A macchina di rotore duale chì utilizeghja una macchina di rotore duale cù una topulugia di i juguli (vale à dì cacciendu u giogo di ferru da u statore ma mantenendu i denti di ferru) supera alcuni di questi prublemi senza espansione u diametru di u mutore è u magnetu.
Tuttavia, caccià u jugo porta novi sfide, cum'è a manera di riparà è pusizioni di denti individuali senza una cunnessione meccanica di u jugo. U cooling hè ancu una sfida più grande.
Hè ancu difficiuli di pruduce u rotore è mantene l'aria, cum'è u discu di u rotore attrae u rotore. U vantaghju hè chì i discu di u rotore sò direttamente cunnessi à traversu un anellu di l'arburu, cusì e forze annullanu l'una l'altra. Questu significa chì u cuscinettu internu ùn sustene micca queste forze, è a so sola funzione hè di mantene u stator in a pusizioni media trà i dui dischi rotori.
I muturi di u rotore di u doppiu statore ùn anu micca affruntà i sfidi di i motori circulari, ma u disignu di u stator hè assai più cumplessu è difficiule di ottene l'automatizazione, è i costi cunnessi sò ancu alti. A cuntrariu di qualsiasi mutore di flussu radiale tradiziunale, i prucessi di fabricazione di u mutore assiale è l'equipaggiu meccanicu sò apparsu solu di pocu tempu.
4. Applicazione di i veiculi elettrici
L'affidabilità hè cruciale in l'industria di l'automobile, è dimustranu l'affidabilità è a robustezza di e diversemutori à flussu assialeper cunvince i pruduttori chì sti mutori sò adattati per a produzzione di massa hè sempre stata una sfida. Questu hà incitatu i fornitori di mutori assiali à realizà programmi di validazione estensivi per sè stessu, cù ogni fornitore chì dimustrà chì a so affidabilità di u mutore ùn hè micca sfarente di i motori tradiziunali di flussu radiale.
L'unicu cumpunente chì pò sguassate in unmutore di flussu assialehè i cuscinetti. A durata di u flussu magneticu assiale hè relativamente corta, è a pusizione di i cuscinetti hè più vicinu, di solitu cuncepitu per esse un pocu "sovradimensionatu". Fortunatamente, u mutore di flussu assiale hà una massa di rotore più chjuca è pò sustene carichi dinamichi di l'arbre di rotore più bassu. Dunque, a forza attuale applicata à i cuscinetti hè assai più chjuca di quella di u mutore di 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 trasmissione in l'assi. In l'applicazioni hibridi, a lunghezza assiale più corta di u mutore à u turnu accurtà a lunghezza tutale di u sistema di trasmissione.
U prossimu passu hè di stallà u mutore assiale nantu à a rota. In questu modu, u putere pò esse trasmessu direttamente da u mutore à i roti, migliurà l'efficienza di u mutore. A causa di l'eliminazione di trasmissioni, differenziali è driveshafts, a cumplessità di u sistema hè ancu ridutta.
Tuttavia, pare chì e cunfigurazioni standard ùn anu micca ancu apparsu. Ogni fabricatore di l'equipaggiu originale hè in ricerca di cunfigurazioni specifiche, postu chì e diverse dimensioni è forme di muturi assiali ponu cambià u disignu di i veiculi elettrici. Comparatu à i muturi radiali, i muturi assiali anu una densità di putenza più alta, chì significa chì i motori assiali più chjuchi ponu esse utilizati. Questu furnisce novi opzioni di cuncepimentu per e plataforme di veiculi, cum'è a piazzamentu di pacchetti di batterie.
4.1 Armatura segmentata
A topulugia di u mutore YASA (Yokeless and Segmented Armature) hè un esempiu di una topologia di un rotore doppiu, chì riduce a cumplessità di a fabricazione è hè adattata per a produzzione di massa automatizata. Questi mutori anu una densità di putenza finu à 10 kW / kg à velocità di 2000 à 9000 rpm.
Utilizendu un controller dedicatu, pò furnisce una corrente di 200 kVA per u mutore. U controller hà un voluminu di circa 5 litri è pesa 5,8 kilogrammi, cumpresa a gestione termica cù u raffreddamentu di l'oliu dielettricu, adattatu per i mutori di flussu assiale è ancu per i mutori di flussu à induzione è radiale.
Questu permette à i pruduttori di l'equipaggiu originale di i veiculi elettrici è i sviluppatori di primu livellu di sceglie in modu flessibile u mutore adattatu basatu annantu à l'applicazione è u spaziu dispunibule. A dimensione è u pesu più chjucu facenu u veiculu più ligeru è avè più batterie, aumentendu cusì a spinta di a gamma.
5. Applicazione di i motocicli elettrici
Per i muturi elettrici è ATV, alcune cumpagnie anu sviluppatu mutori di flussu assiali AC. U disignu cumunimenti utilizatu per stu tipu di veiculu hè disinni di flussu assiale basati in spazzole DC, mentre chì u novu pruduttu hè un disignu senza spazzola AC, cumplettamente sigillatu.
E bobine di i muturi DC è AC restanu stazionarii, ma i rotori duali utilizanu magneti permanenti invece di armature rotanti. U vantaghju di stu metudu hè chì ùn hà micca bisognu di inversione meccanica.
U disignu assiale AC pò ancu aduprà cuntrolli standard di mutori AC trifasi per i muturi radiali. Questu aiuta à riduce i costi, postu chì u controller cuntrola u currente di torque, micca a velocità. U controller hà bisognu di una frequenza di 12 kHz o più altu, chì hè a frequenza principale di tali dispositi.
A freccia più alta vene da l'induttanza di u bobinamentu più bassu di 20 µ H. A freccia pò cuntrullà u currente per minimizzà l'ondulazione di corrente è assicurà un signalu sinusoidale u più lisu pussibule. Da una perspettiva dinamica, questu hè un grande modu per ottene un cuntrollu di u mutore più fluidu, permettendu cambiamenti rapidi di torque.
Stu disignu adopra un avvolgimentu di doppia strata distribuitu, cusì u flussu magneticu scorri da u rotore à un altru rotore attraversu u statore, cù una strada assai corta è efficienza più alta.
A chjave per stu disignu hè chì pò operare à una tensione massima di 60 V è ùn hè micca adattatu per sistemi di tensione più altu. Per quessa, pò esse usatu per i muturi elettrici è i veiculi à quattru roti di classa L7e cum'è Renault Twizy.
A tensione massima di 60 V permette à u mutore di esse integratu in i sistemi elettrici mainstream 48 V è simplificà u travagliu di mantenimentu.
E specificazioni di a motocicletta L7e à quattru roti in u Regolamentu Quadru Europeu 2002/24/CE stipulanu chì u pesu di i veiculi utilizati per u trasportu di merchenzie ùn supera micca 600 kilogrammi, senza u pesu di e batterie. Questi veiculi sò permessi di purtari micca più di 200 kilogrammi di passageri, micca più di 1000 kilogrammi di carica, è micca più di 15 kilowatts di putenza di u mutore. U metudu di avvolgimentu distribuitu pò furnisce un torque di 75-100 Nm, cù una putenza di punta di 20-25 kW è una putenza cuntinua di 15 kW.
A sfida di u flussu assiale si trova in a manera chì i bobinati di cobre dissipanu u calore, chì hè difficiule perchè u calore deve passà per u rotore. A bobina distribuita hè a chjave per risolve stu prublema, postu chì hà un gran numaru di slots di polu. In questu modu, ci hè una superficia più grande trà u ramu è a cunchiglia, è u calore pò esse trasferitu à l'esternu è scaricatu da un sistema di rinfrescante liquidu standard.
I poli magnetichi multipli sò chjave per utilizà forme d'onda sinusoidali, chì aiutanu à riduce l'armoniche. Questi armonichi sò manifestati cum'è riscaldamentu di i magneti è u core, mentre chì i cumpunenti di ramu ùn ponu micca purtate u calore. Quandu u calore s'accumula in i magneti è i nuclei di ferru, l'efficienza diminuisce, per quessa, l'optimizazione di a forma d'onda è u percorsu di u calore hè cruciale per u rendiment di u mutore.
U disignu di u mutore hè stata ottimizzata per riduce i costi è ottene una produzzione di massa automatizata. Un anellu di l'alloghji estrusi ùn hà micca bisognu di trattamentu meccanicu cumplessu è pò riduce i costi di materiale. A bobina pò esse diretta direttamente è un prucessu di ligame hè utilizatu durante u prucessu di avvolgimentu per mantene a forma di assemblea curretta.
U puntu chjave hè chì a bobina hè fatta di filu standard dispunibile in u cummerciu, mentre chì u core di ferru hè laminatu cù l'acciaio di trasformatore standard dispostu, chì solu deve esse tagliatu in forma. L'altri disinni di u mutore necessitanu l'usu di materiali magnetichi morbidi in laminazione core, chì pò esse più caru.
L'usu di avvolgimenti distribuiti significa chì l'azzaru magneticu ùn deve esse segmentatu; Puderanu esse forme più simplici è più faciuli di fabricà. Reduce a dimensione di l'acciaio magneticu è assicurendu a so facilità di fabricazione hà un impattu significativu in a riduzione di i costi.
U disignu di stu mutore di flussu assiale pò ancu esse persunalizatu secondu i bisogni di u cliente. I clienti anu versioni persunalizati sviluppati intornu à u disignu di basa. Dopu fabricatu nantu à una linea di pruduzzione di prova per a verificazione di a pruduzzione anticipata, chì pò esse replicata in altre fabbriche.
A persunalizazione hè principalmente perchè a prestazione di u veiculu dipende micca solu da u disignu di u mutore di flussu magneticu assiale, ma ancu da a qualità di a struttura di u veiculu, u pacchettu di bateria è BMS.
Tempu di Postu: 28-Sep-2023
