Kon itandi sa radial flux motors, ang axial flux motors adunay daghang bentaha sa disenyo sa electric vehicle. Pananglitan, ang axial flux motors makausab sa disenyo sa powertrain pinaagi sa pagbalhin sa motor gikan sa ehe ngadto sa sulod sa mga ligid.
1. Ehe sa gahom
Mga motor nga axial fluxnagkadaghan ang atensyon (nagakuha og atensyon). Sulod sa daghang katuigan, kini nga klase sa motor gigamit sa mga wala naglihok nga aplikasyon sama sa mga elevator ug makinarya sa agrikultura, apan sa miaging dekada, daghang mga developer ang nagtrabaho aron mapaayo kini nga teknolohiya ug magamit kini sa mga de-kuryenteng motorsiklo, mga airport pod, mga trak sa kargamento, mga de-kuryenteng sakyanan, ug bisan mga eroplano.
Ang tradisyonal nga radial flux motors naggamit ug permanent magnets o induction motors, nga nakahimo ug dakong kalamboan sa pag-optimize sa gibug-aton ug gasto. Apan, nag-atubang sila ug daghang kalisud sa pagpadayon sa pag-uswag. Ang axial flux, usa ka hingpit nga lahi nga klase sa motor, mahimong maayong alternatibo.
Kon itandi sa mga radial motor, ang epektibong magnetic surface area sa axial flux permanent magnet motors mao ang nawong sa motor rotor, dili ang outer diameter. Busa, sa usa ka piho nga volume sa motor, ang axial flux permanent magnet motors kasagaran makahatag og mas dako nga torque.
Mga motor nga axial fluxmas compact; Kon itandi sa radial motors, ang axial length sa motor mas mubo. Para sa internal wheel motors, kini kasagaran usa ka importante nga butang. Ang compact nga istruktura sa axial motors nagsiguro sa mas taas nga power density ug torque density kay sa susamang radial motors, sa ingon nagwagtang sa panginahanglan alang sa taas kaayo nga operating speed.
Taas usab kaayo ang efficiency sa axial flux motors, kasagaran molapas sa 96%. Kini tungod sa mas mubo, one-dimensional flux path, nga ikatandi o mas taas pa gani ang efficiency kon itandi sa pinakamaayong 2D radial flux motors sa merkado.
Mas mubo ang gitas-on sa motor, kasagaran 5 ngadto sa 8 ka pilo nga mas mubo, ug ang gibug-aton mokunhod usab og 2 ngadto sa 5 ka pilo. Kining duha ka butang nakapausab sa pagpili sa mga tigdesinyo sa plataporma sa mga de-kuryenteng sakyanan.
2. Teknolohiya sa axial flux
Adunay duha ka pangunang topolohiya para samga motor nga axial flux: dual rotor single stator (usahay gitawag nga torus style nga mga makina) ug single rotor dual stator.
Sa pagkakaron, kadaghanan sa mga permanenteng magnet motor naggamit og radial flux topology. Ang magnetic flux circuit magsugod sa usa ka permanenteng magnet sa rotor, moagi sa unang ngipon sa stator, ug dayon moagos nga radial subay sa stator. Dayon moagi sa ikaduhang ngipon aron makaabot sa ikaduhang magnetic steel sa rotor. Sa usa ka dual rotor axial flux topology, ang flux loop magsugod gikan sa unang magnet, moagi nga axial through sa mga ngipon sa stator, ug dayon makaabot sa ikaduhang magnet.
Kini nagpasabot nga ang flux path mas mubo kay sa radial flux motors, nga moresulta sa mas gagmay nga volume sa motor, mas taas nga power density ug efficiency sa parehas nga power.
Usa ka radial motor, diin ang magnetic flux moagi sa unang ngipon ug dayon mobalik sa sunod nga ngipon pinaagi sa stator, nga makaabot sa magnet. Ang magnetic flux mosunod sa duha ka dimensyon nga agianan.
Ang magnetic flux path sa usa ka axial magnetic flux machine kay one-dimensional, busa mahimong gamiton ang grain oriented electrical steel. Kini nga asero makapasayon sa pag-agi sa flux, sa ingon makapauswag sa efficiency.
Ang mga radial flux motor tradisyonal nga naggamit og distributed windings, diin hangtod sa katunga sa mga tumoy sa winding dili mogana. Ang coil overhang moresulta sa dugang nga gibug-aton, gasto, resistensya sa kuryente, ug dugang nga pagkawala sa kainit, nga magpugos sa mga tigdesinyo sa pagpauswag sa disenyo sa winding.
Ang mga tumoy sa coilmga motor nga axial fluxmas gamay, ug ang ubang mga disenyo naggamit ug concentrated o segmented windings, nga hingpit nga epektibo. Para sa segmented stator radial machines, ang pagkabungkag sa magnetic flux path sa stator mahimong magdala ug dugang nga mga kapildihan, apan para sa axial flux motors, dili kini problema. Ang disenyo sa coil winding mao ang yawe sa pag-ila sa lebel sa mga supplier.
3. Pag-uswag
Ang mga axial flux motor nag-atubang og pipila ka seryosong mga hagit sa disenyo ug produksiyon, bisan pa sa ilang mga bentaha sa teknolohiya, ang ilang mga gasto mas taas kay sa mga radial motor. Ang mga tawo adunay hingpit nga pagsabot sa mga radial motor, ug ang mga pamaagi sa paggama ug mekanikal nga kagamitan dali usab nga magamit.
Usa sa mga nag-unang hagit sa mga axial flux motor mao ang pagmintinar sa usa ka parehas nga gintang sa hangin tali sa rotor ug stator, tungod kay ang magnetic force mas dako kaysa sa radial motors, nga nagpalisud sa pagmintinar sa usa ka parehas nga gintang sa hangin. Ang dual rotor axial flux motor adunay usab mga isyu sa pagkabungkag sa kainit, tungod kay ang winding nahimutang sa lawom nga bahin sa stator ug taliwala sa duha ka rotor disc, nga nagpalisud sa pagkabungkag sa kainit.
Lisod usab himoon ang mga axial flux motor tungod sa daghang mga hinungdan. Ang dual rotor machine nga naggamit og dual rotor machine nga adunay yokes topology (ie pagtangtang sa iron yoke gikan sa stator apan pagpabilin sa mga ngipon nga puthaw) nakasulbad sa pipila niini nga mga problema nga wala gipalapdan ang diametro ug magnet sa motor.
Apan, ang pagtangtang sa yoke nagdala og bag-ong mga hagit, sama sa unsaon pag-ayo ug pagpahimutang sa matag ngipon nga walay mekanikal nga koneksyon sa yoke. Ang pagpabugnaw usa usab ka mas dakong hagit.
Lisod usab ang paghimo sa rotor ug pagmentinar sa air gap, kay ang rotor disc makadani sa rotor. Ang bentaha kay ang mga rotor disc direktang konektado pinaagi sa shaft ring, busa ang mga pwersa magkanselar sa usag usa. Kini nagpasabot nga ang internal bearing dili makasugakod niining mga pwersa, ug ang bugtong gimbuhaton niini mao ang pagpabilin sa stator sa tunga nga posisyon taliwala sa duha ka rotor disc.
Ang mga double stator single rotor motor wala mag-atubang sa mga hagit sa mga circular motor, apan ang disenyo sa stator mas komplikado ug lisod nga makab-ot ang automation, ug ang mga may kalabutan nga gasto taas usab. Dili sama sa bisan unsang tradisyonal nga radial flux motor, ang mga proseso sa paggama sa axial motor ug mekanikal nga kagamitan bag-o lang mitumaw.
4. Paggamit sa mga de-kuryenteng sakyanan
Ang kasaligan hinungdanon sa industriya sa awto, ug ang pagpamatuod sa kasaligan ug kalig-on sa lain-laing mgamga motor nga axial fluxAng pagkombinsir sa mga tiggama nga kini nga mga motor angay alang sa mass production kanunay nga usa ka hagit. Kini nag-aghat sa mga supplier sa axial motor sa pagpahigayon sa halapad nga mga programa sa pag-validate sa ilang kaugalingon, diin ang matag supplier nagpakita nga ang kasaligan sa ilang motor wala’y kalainan sa tradisyonal nga radial flux motor.
Ang bugtong sangkap nga mahimong madaot sa usa kamotor nga pang-agi sa ehemao ang mga bearings. Ang gitas-on sa axial magnetic flux medyo mubo, ug ang posisyon sa mga bearings mas duol, kasagaran gidisenyo nga gamay nga "over dimensioned". Maayo na lang, ang axial flux motor adunay mas gamay nga rotor mass ug makasugakod sa mas ubos nga rotor dynamic shaft loads. Busa, ang aktuwal nga puwersa nga gigamit sa mga bearings mas gamay kaysa sa radial flux motor.
Ang electronic axle usa sa mga unang aplikasyon sa axial motors. Ang nipis nga gilapdon makatabon sa motor ug gearbox sa axle. Sa mga hybrid nga aplikasyon, ang mas mubo nga axial length sa motor makapamubo sa kinatibuk-ang gitas-on sa transmission system.
Ang sunod nga lakang mao ang pag-instalar sa axial motor sa ligid. Niining paagiha, ang gahum mahimong direktang mapasa gikan sa motor ngadto sa mga ligid, nga makapauswag sa kahusayan sa motor. Tungod sa pagwagtang sa mga transmission, differentials, ug driveshafts, ang pagkakomplikado sa sistema nakunhuran usab.
Apan, daw wala pa'y mga standard nga configuration nga mitumaw. Ang matag tiggama sa orihinal nga kagamitan nagsiksik sa piho nga mga configuration, tungod kay ang lain-laing mga gidak-on ug porma sa axial motors makausab sa disenyo sa mga electric vehicle. Kon itandi sa radial motors, ang axial motors adunay mas taas nga power density, nga nagpasabot nga mas gagmay nga axial motors ang magamit. Naghatag kini og bag-ong mga opsyon sa disenyo alang sa mga plataporma sa sakyanan, sama sa pagbutang sa mga battery pack.
4.1 Gibahin nga armature
Ang YASA (Yokeless and Segmented Armature) motor topology usa ka ehemplo sa dual rotor single stator topology, nga nagpamenos sa pagkakomplikado sa paggama ug angay alang sa automated mass production. Kini nga mga motor adunay power density nga hangtod sa 10 kW/kg sa gikusgon nga 2000 hangtod 9000 rpm.
Gamit ang usa ka dedikado nga controller, makahatag kini og kuryente nga 200 kVA para sa motor. Ang controller adunay volume nga gibana-bana nga 5 ka litro ug may gibug-aton nga 5.8 ka kilo, lakip na ang thermal management nga adunay dielectric oil cooling, nga angay para sa axial flux motors ingon man sa induction ug radial flux motors.
Kini nagtugot sa mga tiggama og orihinal nga kagamitan sa mga de-kuryenteng sakyanan ug mga first-tier developers sa pagpili sa angay nga motor base sa aplikasyon ug magamit nga espasyo. Ang mas gamay nga gidak-on ug gibug-aton naghimo sa sakyanan nga mas gaan ug adunay daghang baterya, sa ingon nagdugang sa pag-uswag sa range.
5. Paggamit sa mga de-kuryenteng motorsiklo
Para sa mga de-kuryenteng motorsiklo ug mga ATV, ang ubang mga kompanya nakaugmad og AC axial flux motors. Ang kasagarang gigamit nga disenyo para niini nga klase sa sakyanan mao ang DC brush-based axial flux designs, samtang ang bag-ong produkto usa ka AC, fully sealed brushless design.
Ang mga coil sa DC ug AC motors nagpabilin nga wala naglihok, apan ang dual rotors naggamit ug permanenteng magnet imbes nga nagtuyok nga mga armature. Ang bentaha niini nga pamaagi mao nga dili kini magkinahanglan ug mekanikal nga pag-atras.
Ang AC axial design makagamit usab og standard nga three-phase AC motor controllers para sa radial motors. Makatabang kini sa pagpakunhod sa gasto, kay ang controller ang nagkontrol sa current sa torque, dili sa speed. Ang controller nagkinahanglan og frequency nga 12 kHz o mas taas pa, nga mao ang mainstream frequency sa maong mga device.
Ang mas taas nga frequency gikan sa lower winding inductance nga 20 µ H. Ang frequency makakontrol sa current aron maminusan ang current ripple ug masiguro ang sinusoidal signal nga hapsay kutob sa mahimo. Gikan sa usa ka dinamikong perspektibo, kini usa ka maayong paagi aron makab-ot ang mas hapsay nga pagkontrol sa motor pinaagi sa pagtugot sa paspas nga mga pagbag-o sa torque.
Kini nga disenyo nagsagop sa usa ka distributed double-layer winding, mao nga ang magnetic flux moagos gikan sa rotor ngadto sa laing rotor agi sa stator, nga adunay mubo kaayo nga agianan ug mas taas nga efficiency.
Ang yawe niini nga disenyo mao nga kini makaandar sa pinakataas nga boltahe nga 60 V ug dili angay alang sa mga sistema nga mas taas og boltahe. Busa, magamit kini alang sa mga de-kuryenteng motorsiklo ug mga sakyanan nga upat ka ligid sa klase nga L7e sama sa Renault Twizy.
Ang pinakataas nga boltahe nga 60 V nagtugot sa motor nga ma-integrate sa mainstream 48 V electrical systems ug nagpasayon sa maintenance.
Ang mga espesipikasyon sa L7e nga upat ka ligid nga motorsiklo sa European Framework Regulation 2002/24/EC naglatid nga ang gibug-aton sa mga sakyanan nga gigamit sa pagdala sa mga kargamento dili molapas sa 600 ka kilo, wala pay labot ang gibug-aton sa mga baterya. Kini nga mga sakyanan gitugotan nga magdala og dili molapas sa 200 ka kilo nga pasahero, dili molapas sa 1000 ka kilo nga kargamento, ug dili molapas sa 15 kilowatts nga gahum sa makina. Ang distributed winding method makahatag og torque nga 75-100 Nm, nga adunay peak output power nga 20-25 kW ug padayon nga gahum nga 15 kW.
Ang hagit sa axial flux anaa sa kung giunsa sa mga copper windings ang pagpalapad sa kainit, nga lisod tungod kay ang kainit kinahanglan nga moagi sa rotor. Ang distributed winding mao ang yawe sa pagsulbad niini nga problema, tungod kay kini adunay daghang mga pole slots. Niining paagiha, adunay mas dako nga surface area tali sa copper ug sa shell, ug ang kainit mahimong ibalhin sa gawas ug ipagawas pinaagi sa usa ka standard liquid cooling system.
Ang daghang magnetic poles importante sa paggamit sa sinusoidal wave forms, nga makatabang sa pagpakunhod sa harmonics. Kini nga mga harmonics makita isip pagpainit sa mga magnet ug core, samtang ang mga component sa tumbaga dili makadala sa kainit. Kung ang kainit magtapok sa mga magnet ug iron cores, ang efficiency mokunhod, mao nga ang pag-optimize sa waveform ug heat path importante kaayo para sa performance sa motor.
Ang disenyo sa motor gi-optimize aron makunhuran ang mga gasto ug makab-ot ang automated mass production. Ang extruded housing ring dili magkinahanglan og komplikado nga mekanikal nga pagproseso ug makapakunhod sa gasto sa materyal. Ang coil mahimong direktang iputos ug ang proseso sa pag-bonding gigamit atol sa proseso sa pag-winding aron mapadayon ang husto nga porma sa asembliya.
Ang importante nga punto mao nga ang coil hinimo sa standard nga mabaligya nga alambre, samtang ang iron core gi-laminate gamit ang standard lay-off the shelf transformer steel, nga kinahanglan lang putlon aron maporma. Ang ubang mga disenyo sa motor nanginahanglan og paggamit sa humok nga magnetic materials sa core lamination, nga mahimong mas mahal.
Ang paggamit sa distributed windings nagpasabot nga ang magnetic steel dili kinahanglan nga bahinon; Mahimo kini nga mas simple nga mga porma ug mas sayon nga himoon. Ang pagkunhod sa gidak-on sa magnetic steel ug pagsiguro sa kadali sa paghimo niini adunay dakong epekto sa pagpakunhod sa mga gasto.
Ang disenyo niining axial flux motor mahimo usab nga ipasibo sumala sa mga kinahanglanon sa kustomer. Ang mga kustomer adunay mga gipahaom nga bersyon nga gihimo base sa batakang disenyo. Dayon gihimo kini sa usa ka trial production line alang sa sayo nga pag-verify sa produksiyon, nga mahimong kopyahon sa ubang mga pabrika.
Ang pag-customize kasagaran tungod kay ang performance sa sakyanan nagdepende dili lamang sa disenyo sa axial magnetic flux motor, apan lakip usab sa kalidad sa istruktura sa sakyanan, battery pack, ug BMS.
Oras sa pag-post: Sep-28-2023
