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).Dapoi parechji anni, stu tipu di mutore hè stata utilizata in applicazioni stazionarie cum'è ascensori è machini agriculi, ma in l'ultimi decennii, parechji sviluppatori anu travagliatu per migliurà sta tecnulugia è applicà 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 prufundità 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, sguassate u jugo porta novi sfide, cum'è a manera di riparà è pusà i denti individuali senza una cunnessione meccanica di 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 dischi di u rotore sò direttamente cunnessi à traversu un anellu di l'arbulu, cusì e forze si annullanu.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 i mutori assiali è l'equipaggiu meccanicu sò emersi 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 ligeramente "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 hibride, 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 liggeru 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.Sti veiculi sò permessi di purtà 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 dissipate 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 dispunibule 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 mutori necessitanu l'usu di materiali magnetichi morbidi in laminazione di 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-Septembre 2023