Eksenel akılı motorlar, radyal akılı motorlarla karşılaştırıldığında elektrikli araç tasarımında birçok avantaja sahiptir. Örneğin eksenel akılı motorlar, motoru akstan tekerleklerin içine doğru hareket ettirerek güç aktarım sisteminin tasarımını değiştirebilir.
1.Güç ekseni
Eksenel akılı motorlargiderek daha fazla ilgi görüyor (çekim kazanıyor). Uzun yıllardır bu tip motorlar asansörler ve tarım makineleri gibi sabit uygulamalarda kullanılıyor ancak son on yılda birçok geliştirici bu teknolojiyi geliştirmek ve elektrikli motosikletlere, havaalanı kapsüllerine, kargo kamyonlarına, elektrikli araçlara uygulamak için çalışıyor. araçlar ve hatta uçaklar.
Geleneksel radyal akılı motorlar, ağırlık ve maliyetin optimize edilmesinde önemli ilerleme kaydeden kalıcı mıknatıslar veya endüksiyon motorları kullanır. Ancak gelişmeye devam etmede birçok zorlukla karşı karşıyalar. Tamamen farklı bir motor türü olan eksenel akı iyi bir alternatif olabilir.
Radyal motorlarla karşılaştırıldığında, eksenel akılı kalıcı mıknatıslı motorların etkin manyetik yüzey alanı, dış çap değil, motor rotorunun yüzeyidir. Bu nedenle belirli bir motor hacminde eksenel akılı sabit mıknatıslı motorlar genellikle daha büyük tork sağlayabilir.
Eksenel akılı motorlardaha kompakttır; Radyal motorlarla karşılaştırıldığında motorun eksenel uzunluğu çok daha kısadır. İçten tekerlekli motorlar için bu genellikle çok önemli bir faktördür. Eksenel motorların kompakt yapısı, benzer radyal motorlara göre daha yüksek güç yoğunluğu ve tork yoğunluğu sağlayarak aşırı yüksek çalışma hızlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
Eksenel akılı motorların verimliliği de çok yüksektir, genellikle %96'yı aşar. Bu, piyasadaki en iyi 2D radyal akılı motorlarla kıyaslanabilir ve hatta verimlilik bakımından daha yüksek olan daha kısa, tek boyutlu akı yolu sayesindedir.
Motorun uzunluğu genellikle 5 ila 8 kat daha kısadır ve ağırlık da 2 ila 5 kat azalır. Bu iki faktör elektrikli araç platformu tasarımcılarının tercihini değiştirdi.
2. Eksenel akı teknolojisi
için iki ana topoloji vardır.eksenel akılı motorlar: çift rotorlu tek stator (bazen torus tarzı makineler olarak da adlandırılır) ve tek rotorlu çift stator.
Şu anda çoğu kalıcı mıknatıslı motor radyal akı topolojisini kullanmaktadır. Manyetik akı devresi, rotor üzerindeki kalıcı bir mıknatısla başlar, statordaki ilk dişten geçer ve ardından stator boyunca radyal olarak akar. Daha sonra ikinci dişin içinden geçerek rotor üzerindeki ikinci manyetik çeliğe ulaşın. Çift rotorlu eksenel akı topolojisinde, akı döngüsü birinci mıknatıstan başlar, stator dişlerinden eksenel olarak geçer ve hemen ikinci mıknatısa ulaşır.
Bu, akı yolunun radyal akılı motorlara göre çok daha kısa olduğu anlamına gelir; bu da daha küçük motor hacimleri, daha yüksek güç yoğunluğu ve aynı güçte verimlilik sağlar.
Manyetik akının ilk dişten geçtiği ve ardından stator aracılığıyla bir sonraki dişe dönerek mıknatısa ulaştığı radyal bir motor. Manyetik akı iki boyutlu bir yol izler.
Eksenel manyetik akı makinesinin manyetik akı yolu tek boyutludur, dolayısıyla tane yönelimli elektrikli çelik kullanılabilir. Bu çelik, akının geçmesini kolaylaştırarak verimliliği artırır.
Radyal akılı motorlar geleneksel olarak dağıtılmış sargılar kullanır ve sargı uçlarının yarısına kadarı çalışmaz. Bobin çıkıntısı ek ağırlık, maliyet, elektrik direnci ve daha fazla ısı kaybına neden olacak ve tasarımcıları sarım tasarımını geliştirmeye zorlayacaktır.
Bobin bitereksenel akılı motorlarçok daha azdır ve bazı tasarımlarda tamamen etkili olan konsantre veya bölümlü sargılar kullanılır. Bölümlü stator radyal makineleri için, statordaki manyetik akı yolunun kopması ek kayıplara neden olabilir, ancak eksenel akılı motorlar için bu bir sorun değildir. Bobin sarımının tasarımı, tedarikçilerin seviyesini ayırt etmenin anahtarıdır.
3. Geliştirme
Eksenel akılı motorlar, teknolojik avantajlarına rağmen tasarım ve üretimde bazı ciddi zorluklarla karşı karşıyadır ve maliyetleri radyal motorlara göre çok daha yüksektir. İnsanlar radyal motorlar hakkında çok kapsamlı bir anlayışa sahiptir ve üretim yöntemleri ve mekanik ekipmanlar da kolaylıkla temin edilebilir.
Eksenel akılı motorların ana zorluklarından biri, manyetik kuvvet radyal motorlarınkinden çok daha büyük olduğundan, rotor ve stator arasında eşit bir hava boşluğunun korunmasıdır, bu da eşit bir hava boşluğunun korunmasını zorlaştırır. Çift rotorlu eksenel akılı motorda ayrıca, sargının statorun derinliklerinde ve iki rotor diski arasında yer alması nedeniyle ısı dağıtımı sorunları vardır ve bu da ısı dağıtımını çok zorlaştırır.
Eksenel akılı motorların üretimi de birçok nedenden dolayı zordur. Boyunduruk topolojisine sahip çift rotorlu bir makine kullanan çift rotorlu makine (yani demir boyunduruğun statordan çıkarılması ancak demir dişlerin tutulması), motor çapını ve mıknatısı genişletmeden bu sorunların bazılarının üstesinden gelir.
Ancak boyunduruğun çıkarılması, mekanik bir boyunduruk bağlantısı olmadan tek tek dişlerin nasıl sabitleneceği ve konumlandırılacağı gibi yeni zorlukları da beraberinde getirir. Soğutma da daha büyük bir zorluktur.
Rotor diski rotoru çektiği için rotoru üretmek ve hava boşluğunu korumak da zordur. Bunun avantajı, rotor disklerinin doğrudan bir mil halkası aracılığıyla bağlanmasıdır, böylece kuvvetler birbirini iptal eder. Bu, iç yatağın bu kuvvetlere dayanamadığı ve tek işlevinin statoru iki rotor diski arasında orta konumda tutmak olduğu anlamına gelir.
Çift statorlu tek rotorlu motorlar dairesel motorların zorluklarıyla karşılaşmazlar ancak statorun tasarımı çok daha karmaşıktır ve otomasyona ulaşmak zordur ve ilgili maliyetler de yüksektir. Herhangi bir geleneksel radyal akılı motordan farklı olarak, eksenel motor üretim süreçleri ve mekanik ekipmanlar daha yeni ortaya çıkmıştır.
4. Elektrikli araçların uygulanması
Otomotiv endüstrisinde güvenilirlik çok önemlidir ve farklı ürünlerin güvenilirliğini ve sağlamlığını kanıtlar.eksenel akılı motorlarÜreticileri bu motorların seri üretime uygun olduğuna ikna etmek her zaman zor olmuştur. Bu, eksenel motor tedarikçilerini kendi başlarına kapsamlı doğrulama programları yürütmeye yöneltti; her tedarikçi, motor güvenilirliğinin geleneksel radyal akılı motorlardan farklı olmadığını gösterdi.
Aşınabilecek tek bileşeneksenel akı motorurulmanlardır. Eksenel manyetik akının uzunluğu nispeten kısadır ve yatakların konumu daha yakındır, genellikle biraz "aşırı boyutlandırılmış" olacak şekilde tasarlanmıştır. Neyse ki eksenel akılı motor daha küçük bir rotor kütlesine sahiptir ve daha düşük rotor dinamik şaft yüklerine dayanabilir. Bu nedenle rulmanlara uygulanan gerçek kuvvet, radyal akılı motora uygulanan kuvvetten çok daha küçüktür.
Elektronik aks, eksenel motorların ilk uygulamalarından biridir. Daha ince genişlik, motoru ve dişli kutusunu aks içinde kapsülleyebilir. Hibrit uygulamalarda motorun eksenel uzunluğunun kısalması, iletim sisteminin toplam uzunluğunu da kısaltır.
Bir sonraki adım eksenel motoru tekerleğe takmaktır. Bu şekilde güç doğrudan motordan tekerleklere aktarılarak motorun verimliliği artırılabilir. Şanzımanların, diferansiyellerin ve tahrik millerinin ortadan kaldırılması nedeniyle sistemin karmaşıklığı da azaltılmıştır.
Ancak henüz standart konfigürasyonların ortaya çıkmadığı görülüyor. Eksenel motorların farklı boyutları ve şekilleri elektrikli araçların tasarımını değiştirebileceğinden, her orijinal ekipman üreticisi belirli konfigürasyonları araştırıyor. Radyal motorlarla karşılaştırıldığında eksenel motorlar daha yüksek güç yoğunluğuna sahiptir, bu da daha küçük eksenel motorların kullanılabileceği anlamına gelir. Bu, akü paketlerinin yerleştirilmesi gibi araç platformları için yeni tasarım seçenekleri sağlar.
4.1 Parçalı armatür
YASA (Boyunduruksuz ve Parçalı Armatür) 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 kontrol cihazı kullanarak motor için 200 kVA'lık bir akım sağlayabilir. Kontrol cihazı yaklaşık 5 litre hacme sahiptir ve 5,8 kilogram ağırlığındadır; dielektrik yağ soğutmalı termal yönetim dahil, eksenel akılı motorların yanı sıra endüksiyon ve radyal akılı motorlara da uygundur.
Bu, elektrikli araç orijinal ekipman üreticilerinin ve birinci kademe geliştiricilerin, uygulamaya ve mevcut alana göre uygun motoru esnek bir şekilde seçmesine olanak tanır. Daha küçük boyut ve ağırlık, aracı daha hafif hale getirir ve daha fazla aküye sahip olmasını sağlar, böylece menzil artırılır.
5. Elektrikli motosikletlerin uygulanması
Elektrikli motosikletler ve ATV'ler için bazı şirketler AC eksenel akılı motorlar geliştirmiştir. Bu tür araçlar için yaygın olarak kullanılan tasarım, DC fırça tabanlı eksenel akılı tasarımlar iken, yeni ürün, AC, tamamen yalıtılmış 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 tersine çevirme gerektirmemesidir.
AC eksenel tasarımında radyal motorlar için standart üç fazlı AC motor kontrolörleri de kullanılabilir. Kontrol cihazı hızı değil tork akımını kontrol ettiğinden bu, maliyetlerin azaltılmasına yardımcı olur. Denetleyici, bu tür cihazların ana frekansı olan 12 kHz veya daha yüksek bir frekansa ihtiyaç duyar.
Daha yüksek frekans, 20 µH'lik daha düşük sargı endüktansından gelir. Frekans, akım dalgalanmasını en aza indirmek ve sinüzoidal bir sinyalin mümkün olduğu kadar düzgün olmasını sağlamak için akımı kontrol edebilir. Dinamik açıdan bakıldığında bu, hızlı tork değişikliklerine izin vererek daha yumuşak motor kontrolü elde etmenin harika bir yoludur.
Bu tasarım, dağıtılmış çift katmanlı bir sargıyı benimser; böylece manyetik akı, çok kısa bir yol ve daha yüksek verimlilikle, rotordan stator aracılığıyla başka bir rotora akar.
Bu tasarımın anahtarı maksimum 60 V gerilimde çalışabilmesi ve daha yüksek gerilim sistemlerine uygun olmamasıdır. Bu nedenle elektrikli motosikletlerde ve Renault Twizy gibi L7e sınıfı dört tekerlekli araçlarda kullanılabilmektedir.
Maksimum 60 V voltaj, motorun ana akım 48 V elektrik sistemlerine entegre edilmesini sağlar ve bakım çalışmalarını kolaylaştırır.
Avrupa Çerçeve Yönetmeliği 2002/24/EC'deki L7e dört tekerlekli motosiklet spesifikasyonları, mal taşımak için kullanılan araçların ağırlığının, akü ağırlığı hariç 600 kilogramı geçmemesini şart koşuyor. Bu araçların 200 kilogramdan fazla yolcu, 1000 kilogramdan fazla kargo ve 15 kilovattan fazla motor gücü taşımasına izin verilmiyor. Dağıtılmış sargı yöntemi, 20-25 kW tepe çıkış gücü ve 15 kW sürekli güç ile 75-100 Nm tork sağlayabilir.
Eksenel akının zorluğu, bakır sargıların ısıyı nasıl dağıttığıyla ilgilidir; bu zordur çünkü ısının rotordan geçmesi gerekir. Dağıtılmış sargı, çok sayıda kutup yuvasına sahip olduğundan bu sorunu çözmenin anahtarıdır. Bu sayede bakır ile kabuk arasında daha geniş bir yüzey alanı oluşur ve standart bir sıvı soğutma sistemi ile ısı dışarıya aktarılıp dışarı atılabilir.
Çoklu manyetik kutuplar, harmoniklerin azaltılmasına yardımcı olan sinüzoidal dalga formlarını kullanmanın anahtarıdır. Bu harmonikler mıknatısların ve çekirdeğin ısınması olarak kendini gösterirken, bakır bileşenler ısıyı taşıyamaz. Mıknatıslarda ve demir çekirdeklerde ısı biriktiğinde verimlilik düşer, bu nedenle dalga biçiminin ve ısı yolunun optimize edilmesi motor performansı açısından çok önemlidir.
Motorun tasarımı, maliyetleri azaltmak ve otomatik seri üretime ulaşmak için optimize edilmiştir. Ekstrüde edilmiş bir mahfaza halkası, karmaşık mekanik işlemler gerektirmez ve malzeme maliyetlerini azaltabilir. Bobin doğrudan sarılabilir ve doğru montaj şeklini korumak için sarma işlemi sırasında bir bağlama işlemi kullanılır.
Kilit nokta, bobinin piyasada satılan standart telden yapılmış olması, demir çekirdeğin ise sadece şekillendirilmesi gereken standart raf transformatör çeliği ile lamine edilmiş olmasıdır. Diğer motor tasarımları, çekirdek laminasyonunda yumuşak manyetik malzemelerin kullanılmasını gerektirir ve bu daha pahalı olabilir.
Dağıtılmış sargıların kullanılması, manyetik çeliğin bölümlere ayrılmasına gerek olmadığı anlamına gelir; Daha basit şekillerde olabilirler ve üretimi daha kolay olabilirler. Manyetik çeliğin boyutunun küçültülmesi ve üretim kolaylığının sağlanması, maliyetlerin azaltılmasında önemli bir etkiye sahiptir.
Bu eksenel akılı motorun tasarımı müşteri gereksinimlerine göre de özelleştirilebilir. Müşterilerin temel tasarım etrafında geliştirilen özelleştirilmiş versiyonları vardır. Daha sonra, diğer fabrikalarda da çoğaltılabilecek şekilde, erken üretim doğrulaması için bir deneme üretim hattında üretilir.
Özelleştirmenin temel nedeni, aracın performansının yalnızca eksenel manyetik akı motorunun tasarımına değil aynı zamanda araç yapısının, akü paketinin ve BMS'nin kalitesine de bağlı olmasıdır.
Gönderim zamanı: Eylül-28-2023
