Radyal akı motorlarına kıyasla, eksenel akı motorları elektrikli araç tasarımında birçok avantaja sahiptir. Örneğin, eksenel akı motorları motoru akstan tekerleklerin içine taşıyarak güç aktarma organının tasarımını değiştirebilir.
1.Güç ekseni
Eksenel akı motorlarıgiderek daha fazla ilgi görüyor (çekiş kazanıyor). Uzun yıllardır bu tip motorlar asansörler ve tarım makineleri gibi sabit uygulamalarda kullanılıyordu ancak son on yılda birçok geliştirici bu teknolojiyi geliştirmek ve elektrikli motosikletlere, havaalanı kapsüllerine, kargo kamyonlarına, elektrikli araçlara ve hatta uçaklara uygulamak için çalışıyor.
Geleneksel radyal akı motorları, ağırlık ve maliyeti optimize etmede önemli ilerleme kaydeden kalıcı mıknatıslar veya endüksiyon motorları kullanır. Ancak, geliştirmeye devam etmekte birçok zorlukla karşı karşıyadırlar. Tamamen farklı bir motor türü olan eksenel akı iyi bir alternatif olabilir.
Radyal motorlarla karşılaştırıldığında, eksenel akı kalıcı mıknatıs motorlarının etkin manyetik yüzey alanı dış çap değil, motor rotorunun yüzeyidir. Bu nedenle, belirli bir motor hacminde, eksenel akı kalıcı mıknatıs motorları genellikle daha fazla tork sağlayabilir.
Eksenel akı motorlarıdaha kompakttır; Radyal motorlarla karşılaştırıldığında, motorun eksenel uzunluğu çok daha kısadır. İç tekerlek motorları için bu genellikle önemli bir faktördür. Eksenel motorların kompakt yapısı, benzer radyal motorlara göre daha yüksek güç yoğunluğu ve tork yoğunluğu sağlar, böylece son derece yüksek çalışma hızlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
Eksenel akı motorlarının verimliliği de oldukça yüksektir ve genellikle %96'yı aşar. Bu, piyasadaki en iyi 2D radyal akı motorlarına kıyasla verimlilik açısından karşılaştırılabilir veya hatta daha yüksek olan daha kısa, tek boyutlu akı yolu sayesindedir.
Motorun uzunluğu daha kısadır, genellikle 5 ila 8 kat daha kısadır ve ağırlık da 2 ila 5 kat azaltılmıştır. Bu iki faktör elektrikli araç platformu tasarımcılarının seçimini değiştirmiştir.
2. Eksenel akı teknolojisi
İki ana topoloji vardıreksenel akı motorları: çift rotorlu tek statorlu (bazen torus tipi makineler olarak da adlandırılır) ve tek rotorlu çift statorlu.
Günümüzde, çoğu kalıcı mıknatıslı motor radyal akı topolojisini kullanır. Manyetik akı devresi rotordaki kalıcı bir mıknatısla başlar, statordaki ilk dişten geçer ve sonra stator boyunca radyal olarak akar. Daha sonra ikinci dişten geçerek rotordaki ikinci manyetik çeliğe ulaşır. Çift rotorlu eksenel akı topolojisinde, akı döngüsü ilk mıknatıstan başlar, stator dişlerinden eksenel olarak geçer ve hemen ikinci mıknatısa ulaşır.
Bu, akı yolunun radyal akı motorlarına göre çok daha kısa olması anlamına gelir, bu da aynı güçte daha küçük motor hacimleri, daha yüksek güç yoğunluğu ve verimlilikle sonuçlanır.
Manyetik akının ilk dişten geçip daha sonra statordan bir sonraki dişe geri dönerek mıknatısa ulaştığı radyal motor. Manyetik akı iki boyutlu bir yol izler.
Eksenel manyetik akı makinesinin manyetik akı yolu tek boyutludur, bu nedenle tane yönelimli elektrik çeliği kullanılabilir. Bu çelik, akının geçmesini kolaylaştırır ve böylece verimliliği artırır.
Radyal akı motorları geleneksel olarak dağıtılmış sargılar kullanır ve sargı uçlarının yarısına kadarı çalışmaz. Bobin çıkıntısı ek ağırlığa, maliyete, elektrik direncine ve daha fazla ısı kaybına neden olur ve tasarımcıları sargı tasarımını iyileştirmeye zorlar.
Bobin uçlarıeksenel akı motorlarıçok daha azdır ve bazı tasarımlar tamamen etkili olan yoğunlaştırılmış veya segmentli sargılar kullanır. Segmentli stator radyal makineler için, statordaki manyetik akı yolunun kopması ek kayıplara neden olabilir, ancak eksenel akı motorları için bu bir sorun değildir. Bobin sargısının tasarımı, tedarikçilerin seviyesini ayırt etmenin anahtarıdır.
3. Geliştirme
Eksenel akı motorları, teknolojik avantajlarına rağmen tasarım ve üretimde bazı ciddi zorluklarla karşı karşıyadır, maliyetleri radyal motorlardan çok daha yüksektir. İnsanlar radyal motorlar hakkında çok kapsamlı bir anlayışa sahiptir ve üretim yöntemleri ve mekanik ekipmanlar da kolayca bulunabilir.
Eksenel akı motorlarının temel zorluklarından biri, manyetik kuvvetin radyal motorlardan çok daha büyük olması nedeniyle rotor ve stator arasında düzgün bir hava boşluğu sağlamaktır ve bu da düzgün bir hava boşluğu sağlamayı zorlaştırır. Çift rotorlu eksenel akı motorunun ayrıca ısı dağılımı sorunları vardır çünkü sargı statorun derinliklerinde ve iki rotor diski arasında yer alır ve bu da ısı dağılımını çok zorlaştırır.
Eksenel akı motorları da birçok nedenden dolayı üretilmesi zordur. Yokes topolojisine sahip çift rotorlu bir makine kullanan çift rotorlu makine (yani demir boyunduruğu statordan çıkarmak ancak demir dişleri tutmak) motor çapını ve mıknatısı genişletmeden bu sorunların bazılarını aşar.
Ancak boyunduruğun çıkarılması, mekanik boyunduruk bağlantısı olmadan tek tek dişlerin nasıl sabitleneceği ve konumlandırılacağı gibi yeni zorluklar getirir. Soğutma da daha büyük bir zorluktur.
Ayrıca rotoru üretmek ve hava boşluğunu korumak da zordur, çünkü rotor diski rotoru çeker. Avantajı, rotor disklerinin doğrudan bir şaft halkası aracılığıyla bağlanmasıdır, böylece kuvvetler birbirini iptal eder. Bu, iç yatağın bu kuvvetlere dayanamayacağı ve tek işlevinin statoru iki rotor diski arasında orta konumda tutmak olduğu anlamına gelir.
Çift statorlu tek rotorlu motorlar dairesel motorların zorluklarıyla karşılaşmaz, ancak statorun tasarımı çok daha karmaşıktır ve otomasyonu elde etmek zordur ve ilgili maliyetler de yüksektir. Herhangi bir geleneksel radyal akılı motorun aksine, eksenel motor üretim süreçleri ve mekanik ekipmanlar ancak yakın zamanda ortaya çıkmıştır.
4. Elektrikli araçların uygulanması
Otomotiv endüstrisinde güvenilirlik çok önemlidir ve farklı ürünlerin güvenilirliğini ve sağlamlığını kanıtlamakeksenel akı motorlarıÜreticileri bu motorların seri üretime uygun olduğuna ikna etmek her zaman bir zorluk olmuştur. Bu, eksenel motor tedarikçilerini kendi başlarına kapsamlı doğrulama programları yürütmeye yöneltmiştir ve her tedarikçi, motor güvenilirliğinin geleneksel radyal akı motorlarından farklı olmadığını göstermiştir.
Bir araçta yıpranabilen tek bileşeneksenel akı motoruyataklardır. Eksenel manyetik akının uzunluğu nispeten kısadır ve yatakların konumu daha yakındır, genellikle biraz "aşırı boyutlandırılmış" olarak tasarlanmıştır. Neyse ki, eksenel akı motorunun daha küçük bir rotor kütlesi vardır ve daha düşük rotor dinamik şaft yüklerine dayanabilir. Bu nedenle, yataklara uygulanan gerçek kuvvet, radyal akı motorununkinden çok daha küçüktür.
Elektronik aks, eksenel motorların ilk uygulamalarından biridir. Daha ince genişlik, motoru ve dişli kutusunu aksta kapsülleyebilir. Hibrit uygulamalarda, motorun daha kısa eksenel uzunluğu, şanzıman sisteminin toplam uzunluğunu da kısaltır.
Bir sonraki adım, eksenel motoru tekerleğe takmaktır. Bu şekilde, güç doğrudan motordan tekerleklere iletilebilir ve motorun verimliliği artırılabilir. Şanzımanların, diferansiyellerin ve tahrik millerinin ortadan kaldırılması nedeniyle, sistemin karmaşıklığı da azaltılmıştır.
Ancak, standart yapılandırmaların henüz ortaya çıkmadığı anlaşılıyor. Her orijinal ekipman üreticisi, eksenel motorların farklı boyutları ve şekilleri elektrikli araçların tasarımını değiştirebileceğinden, belirli yapılandırmaları araştırıyor. Radyal motorlarla karşılaştırıldığında, eksenel motorlar daha yüksek bir güç yoğunluğuna sahiptir, bu da daha küçük eksenel motorların kullanılabileceği anlamına gelir. Bu, araç platformları için pil paketlerinin yerleştirilmesi gibi yeni tasarım seçenekleri sağlar.
4.1 Segmentli armatür
YASA (Yokeless and Segmented Armature) motor topolojisi, üretim karmaşıklığını azaltan ve otomatik seri üretime uygun olan çift rotorlu tek stator topolojisinin bir örneğidir. Bu motorlar, 2000 ila 9000 rpm hızlarda 10 kW/kg'a kadar güç yoğunluğuna sahiptir.
Özel bir kontrolör kullanarak, motor için 200 kVA'lık bir akım sağlayabilir. Kontrolörün hacmi yaklaşık 5 litredir ve dielektrik yağ soğutmalı termal yönetim dahil 5,8 kilogram ağırlığındadır, eksenel akı motorları ve endüksiyon ve radyal akı motorları için uygundur.
Bu, elektrikli araç orijinal ekipman üreticilerinin ve birinci kademe geliştiricilerinin uygulamaya ve mevcut alana göre uygun motoru esnek bir şekilde seçmelerine olanak tanır. Daha küçük boyut ve ağırlık, aracı daha hafif hale getirir ve daha fazla bataryaya sahip olmasını sağlar, böylece menzilin artması sağlanır.
5. Elektrikli motosikletlerin uygulaması
Elektrikli motosikletler ve ATV'ler için bazı şirketler AC eksenel akı motorları geliştirdiler. Bu tür araçlar için yaygın olarak kullanılan tasarım DC fırça tabanlı eksenel akı tasarımları iken, yeni ürün AC, tamamen kapalı fırçasız bir tasarımdır.
Hem DC hem de AC motorların bobinleri sabit kalır, ancak çift rotorlar dönen armatürler yerine kalıcı mıknatıslar kullanır. Bu yöntemin avantajı mekanik geri dönüş gerektirmemesidir.
AC eksenel tasarım, radyal motorlar için standart üç fazlı AC motor kontrolörlerini de kullanabilir. Bu, kontrolörün hızı değil tork akımını kontrol etmesi nedeniyle maliyetleri düşürmeye yardımcı olur. Kontrolörün, bu tür cihazların ana akım frekansı olan 12 kHz veya daha yüksek bir frekansa ihtiyacı vardır.
Daha yüksek frekans, 20 µ H'lik düşük sargı endüktansından gelir. Frekans, akım dalgalanmasını en aza indirmek ve mümkün olduğunca pürüzsüz bir sinüzoidal sinyal sağlamak için akımı kontrol edebilir. Dinamik bir bakış açısından, bu, hızlı tork değişikliklerine izin vererek daha pürüzsüz motor kontrolü elde etmenin harika bir yoludur.
Bu tasarımda dağıtılmış çift katmanlı sargı kullanılmıştır, böylece manyetik akı rotordan stator üzerinden diğer rotora çok kısa bir yolla ve daha yüksek verimlilikle akar.
Bu tasarımın anahtarı, maksimum 60 V voltajda çalışabilmesi ve daha yüksek voltajlı sistemler için uygun olmamasıdır. Bu nedenle, elektrikli motosikletler ve Renault Twizy gibi L7e sınıfı dört tekerlekli araçlar için kullanılabilir.
60 V'luk maksimum voltaj, motorun yaygın 48 V elektrik sistemlerine entegre edilebilmesini sağlar ve bakım çalışmalarını kolaylaştırır.
Avrupa Çerçeve Yönetmeliği 2002/24/EC'deki L7e dört tekerlekli motosiklet özellikleri, yük taşımacılığında kullanılan araçların ağırlığının, akülerin ağırlığı hariç, 600 kilogramı geçmemesi gerektiğini şart koşar. Bu araçların 200 kilogramdan fazla yolcu, 1000 kilogramdan fazla kargo ve 15 kilowatt'tan fazla motor gücü taşımasına izin verilmez. Dağıtılmış sarma yöntemi, 20-25 kW'lık bir tepe çıkış gücü ve 15 kW'lık sürekli bir güçle 75-100 Nm'lik bir tork sağlayabilir.
Eksenel akının zorluğu, bakır sargıların ısıyı nasıl dağıttığıdır, bu zordur çünkü ısı rotordan geçmelidir. Dağıtılmış sargı, çok sayıda kutup yuvasına sahip olduğundan bu sorunu çözmenin anahtarıdır. Bu şekilde, bakır ve kabuk arasında daha büyük bir yüzey alanı olur ve ısı dışarıya aktarılabilir ve standart bir sıvı soğutma sistemi tarafından boşaltılabilir.
Çoklu manyetik kutuplar, harmonikleri azaltmaya yardımcı olan sinüzoidal dalga formlarını kullanmanın anahtarıdır. Bu harmonikler, mıknatısların ve çekirdeğin ısınması olarak ortaya çıkarken, bakır bileşenler ısıyı uzaklaştıramaz. Mıknatıslarda ve demir çekirdeklerde ısı biriktiğinde, verimlilik azalır, bu nedenle dalga formunu ve ısı yolunu optimize etmek motor performansı için çok önemlidir.
Motorun tasarımı maliyetleri düşürmek ve otomatik seri üretime ulaşmak için optimize edilmiştir. Ekstrüde edilmiş bir muhafaza halkası karmaşık mekanik işleme gerektirmez ve malzeme maliyetlerini azaltabilir. Bobin doğrudan sarılabilir ve doğru montaj şeklini korumak için sarma işlemi sırasında bir bağlama işlemi kullanılır.
Önemli nokta, bobinin standart ticari telden yapılmış olması, demir çekirdeğin ise standart raf üstü transformatör çeliğiyle lamine edilmiş olması ve bunun sadece şekillendirilmesi gerekmesidir. Diğer motor tasarımları, çekirdek laminasyonunda yumuşak manyetik malzemelerin kullanılmasını gerektirir ve bu daha pahalı olabilir.
Dağıtılmış sargıların kullanımı, manyetik çeliğin parçalara ayrılmasına gerek olmadığı anlamına gelir; daha basit şekillere sahip olabilirler ve üretimi daha kolay olabilir. Manyetik çeliğin boyutunu küçültmek ve üretim kolaylığını sağlamak, maliyetleri düşürmede önemli bir etkiye sahiptir.
Bu eksenel akı motorunun tasarımı da müşteri gereksinimlerine göre özelleştirilebilir. Müşteriler temel tasarım etrafında geliştirilen özelleştirilmiş versiyonlara sahiptir. Daha sonra erken üretim doğrulaması için bir deneme üretim hattında üretilir ve diğer fabrikalarda çoğaltılabilir.
Özelleştirme esas olarak aracın performansının sadece eksenel manyetik akı motorunun tasarımına değil, aynı zamanda araç yapısının, pil takımının ve BMS'nin kalitesine de bağlı olmasından kaynaklanmaktadır.
Gönderi zamanı: 28-Eyl-2023
