Võrreldes radiaalvoomootoritega on aksiaalvoomootoritel elektriautode konstruktsioonis palju eeliseid. Näiteks saavad aksiaalvoomootorid muuta jõuülekande konstruktsiooni, liigutades mootori teljelt rataste siseküljele.
1. Võimu telg
Aksiaalvoo mootoridpälvivad üha suuremat tähelepanu (võidavad hoogu). Seda tüüpi mootorit on aastaid kasutatud statsionaarsetes rakendustes, näiteks liftides ja põllumajandusmasinates, kuid viimase kümnendi jooksul on paljud arendajad töötanud selle tehnoloogia täiustamise ja rakendamise nimel elektrimootorratastel, lennujaamade kabiinidel, kaubaveokitel, elektriautodel ja isegi lennukitel.
Traditsioonilised radiaalvoomootorid kasutavad püsimagneteid või induktsioonmootoreid, mis on teinud märkimisväärseid edusamme kaalu ja kulude optimeerimisel. Siiski seisavad nad edasisel arendamisel silmitsi paljude raskustega. Heaks alternatiiviks võib olla täiesti teist tüüpi mootor, aksiaalvoomootor.
Võrreldes radiaalmootoritega on aksiaalvoo püsimagnetmootorite efektiivne magnetiline pindala mootori rootori pind, mitte välisläbimõõt. Seetõttu suudavad aksiaalvoo püsimagnetmootorid teatud mootori mahu korral tavaliselt pakkuda suuremat pöördemomenti.
Aksiaalvoo mootoridon kompaktsemad; Võrreldes radiaalmootoritega on mootori aksiaalne pikkus palju lühem. Sisemiste ratasmootorite puhul on see sageli oluline tegur. Aksiaalmootorite kompaktne struktuur tagab suurema võimsustiheduse ja pöördemomendi tiheduse kui sarnastel radiaalmootoritel, välistades seega vajaduse äärmiselt suurte töökiiruste järele.
Aksiaalvoomootorite efektiivsus on samuti väga kõrge, tavaliselt üle 96%. See on tänu lühemale, ühemõõtmelisele vooteele, mille efektiivsus on võrreldav või isegi kõrgem turul olevate parimate 2D radiaalvoomootoritega.
Mootori pikkus on lühem, tavaliselt 5–8 korda lühem, ja kaal on samuti 2–5 korda väiksem. Need kaks tegurit on muutnud elektriautode platvormide disainerite valikut.
2. Aksiaalvoo tehnoloogia
On kaks peamist topoloogiataksiaalvoomootoridkahe rootoriga ühe staatoriga (mõnikord nimetatakse neid ka torus-tüüpi masinateks) ja ühe rootoriga kahe staatoriga.
Praegu kasutab enamik püsimagnetiga mootoreid radiaalset magnetvoo topoloogiat. Magnetvoo ahel algab rootoril olevast püsimagnetist, läbib staatori esimese hamba ja voolab seejärel radiaalselt mööda staatorit. Seejärel läbib see teise hamba, et jõuda rootoril oleva teise magnetilise teraseni. Kahe rootoriga aksiaalse magnetvoo topoloogia korral algab magnetvoo ahel esimesest magnetist, läbib aksiaalselt staatori hambad ja jõuab kohe teise magnetini.
See tähendab, et voo teekond on palju lühem kui radiaalvoomootoritel, mille tulemuseks on väiksemad mootorimahud, suurem võimsustihedus ja efektiivsus sama võimsuse juures.
Radiaalmootor, kus magnetvoog läbib esimest hammast ja naaseb seejärel läbi staatori järgmise hamba juurde, jõudes magnetini. Magnetvoog liigub kahemõõtmelist rada pidi.
Aksiaalse magnetvoomasina magnetvoo rada on ühemõõtmeline, seega saab kasutada orienteeritud teraga elektrotehnilist terast. See teras hõlbustab magnetvoo läbimist, parandades seeläbi efektiivsust.
Radiaalvoomootorid kasutavad traditsiooniliselt hajusmähiseid, mille puhul kuni pooled mähise otstest ei tööta. Mähise üleulatuvus toob kaasa lisakaalu, kulu, elektritakistuse ja suurema soojuskadu, sundides projekteerijaid mähise konstruktsiooni täiustama.
Mähise otsadaksiaalvoomootoridon palju väiksemad ja mõned konstruktsioonid kasutavad kontsentreeritud või segmenteeritud mähiseid, mis on täiesti efektiivsed. Segmenteeritud staatoriga radiaalmasinate puhul võib magnetvoo tee katkemine staatoris kaasa tuua täiendavaid kadusid, kuid aksiaalvoomootorite puhul pole see probleem. Mähise mähise konstruktsioon on tarnijate taseme eristamise võti.
3. Arendus
Aksiaalvoomootorite projekteerimisel ja tootmisel on tõsiseid väljakutseid, hoolimata nende tehnoloogilistest eelistest on nende maksumus radiaalmootoritest palju kõrgem. Inimestel on radiaalmootoritest väga põhjalikud teadmised ning ka tootmismeetodid ja mehaanilised seadmed on kergesti kättesaadavad.
Aksiaalvoogmootorite üks peamisi väljakutseid on rootori ja staatori vahelise ühtlase õhupilu säilitamine, kuna magnetjõud on palju suurem kui radiaalmootoritel, mistõttu on ühtlase õhupilu säilitamine keeruline. Kahe rootoriga aksiaalvoogmootoril on ka soojuse hajumise probleeme, kuna mähis asub sügaval staatoris ja kahe rootori ketta vahel, mistõttu on soojuse hajumine väga keeruline.
Aksiaalvoogmootoreid on mitmel põhjusel keeruline toota. Kahe rootoriga masin, mis kasutab kahe rootoriga masinat ikke topoloogiaga (st raudike eemaldatakse staatorist, kuid säilitatakse raudhambad), ületab mõned neist probleemidest ilma mootori läbimõõtu ja magnetit suurendamata.
Siiski toob ikke eemaldamine kaasa uusi väljakutseid, näiteks kuidas fikseerida ja positsioneerida üksikuid hambaid ilma mehaanilise ikeühenduseta. Ka jahutamine on suurem väljakutse.
Samuti on rootori tootmine ja õhupilu säilitamine keeruline, kuna rootoriketas tõmbab rootorit ligi. Eeliseks on see, et rootorikettad on otse ühendatud võllirõnga kaudu, mistõttu jõud tühistavad teineteise. See tähendab, et sisemine laager ei talu neid jõude ja selle ainus ülesanne on hoida staatorit kahe rootoriketta vahel keskmises asendis.
Kahe staatori ja ühe rootoriga mootoritel puuduvad ringmootoritega sarnased väljakutsed, kuid staatori konstruktsioon on palju keerulisem ja automatiseerimine on raskem ning ka sellega seotud kulud on suured. Erinevalt traditsioonilistest radiaalvoogmootoritest on aksiaalmootorite tootmisprotsessid ja mehaanilised seadmed alles hiljuti tekkinud.
4. Elektrisõidukite kasutamine
Usaldusväärsus on autotööstuses ülioluline ning erinevate seadmete usaldusväärsuse ja vastupidavuse tõestamineaksiaalvoomootoridTootjate veenmine nende mootorite sobivuses masstootmiseks on alati olnud keeruline. See on ajendanud aksiaalmootorite tarnijaid ise läbi viima ulatuslikke valideerimisprogramme, kus iga tarnija tõestab, et nende mootori töökindlus ei erine traditsioonilistest radiaalvoogmootoritest.
Ainus komponent, mis võib kuludaaksiaalvoo mootoron laagrid. Aksiaalse magnetvoo pikkus on suhteliselt lühike ja laagrite asukoht on lähemal, tavaliselt projekteerituna veidi "üledimensioneerituna". Õnneks on aksiaalvoomootoril väiksem rootori mass ja see talub väiksemaid rootori dünaamilisi võllikoormusi. Seetõttu on laagritele rakendatav tegelik jõud palju väiksem kui radiaalvoomootoril.
Elektrooniline telg on üks esimesi aksiaalmootorite rakendusi. Väiksem laius võimaldab mootori ja käigukasti telje sisse kapseldada. Hübriidrakendustes lühendab mootori lühem aksiaalne pikkus omakorda ülekandesüsteemi kogupikkust.
Järgmine samm on aksiaalmootori paigaldamine rattale. Sel viisil saab võimsuse otse mootorilt ratastele edastada, parandades mootori efektiivsust. Tänu ülekannete, diferentsiaalide ja veovõllide eemaldamisele on ka süsteemi keerukust vähendatud.
Siiski näib, et standardkonfiguratsioone pole veel ilmunud. Iga originaalseadmete tootja uurib spetsiifilisi konfiguratsioone, kuna aksiaalmootorite erinevad suurused ja kujud võivad muuta elektrisõidukite disaini. Võrreldes radiaalmootoritega on aksiaalmootoritel suurem võimsustihedus, mis tähendab, et saab kasutada väiksemaid aksiaalmootoreid. See pakub sõidukiplatvormidele uusi disainivõimalusi, näiteks akude paigutuse osas.
4.1 Segmenteeritud armatuur
YASA (Yokeless and Segmented Armature ehk ikketa ja segmenteeritud armatuuriga) mootoritopoloogia on näide kahe rootori ja ühe staatoriga topoloogiast, mis vähendab tootmise keerukust ja sobib automatiseeritud masstootmiseks. Nende mootorite võimsustihedus on kuni 10 kW/kg kiirustel 2000–9000 p/min.
Spetsiaalse kontrolleri abil suudab see mootorile anda 200 kVA voolu. Kontrolleri maht on umbes 5 liitrit ja kaal 5,8 kilogrammi, sealhulgas dielektrilise õlijahutusega termiline juhtimine, mis sobib nii aksiaal- kui ka induktsioon- ja radiaalvoogmootoritele.
See võimaldab elektriautode originaalvarustuse tootjatel ja esimese taseme arendajatel paindlikult valida sobiva mootori vastavalt rakendusele ja olemasolevale ruumile. Väiksem suurus ja kaal muudavad sõiduki kergemaks ning sellel on rohkem akusid, suurendades seeläbi sõiduulatust.
5. Elektrimootorrataste kasutamine
Elektrimootorrataste ja ATV-de jaoks on mõned ettevõtted välja töötanud vahelduvvoolu aksiaalvoomootorid. Seda tüüpi sõidukite puhul kasutatakse tavaliselt alalisvoolu harjadel põhinevaid aksiaalvoomootoreid, samas kui uue tootena kasutatakse vahelduvvooluga täielikult suletud harjadeta mootorit.
Nii alalisvoolu- kui ka vahelduvvoolumootorite mähised jäävad paigale, kuid kahekordsed rootorid kasutavad pöörlevate armatuuride asemel püsimagneteid. Selle meetodi eeliseks on see, et see ei vaja mehaanilist suunavahetust.
Vahelduvvoolu aksiaalkonstruktsiooni puhul saab radiaalmootorite puhul kasutada ka standardseid kolmefaasilisi vahelduvvoolumootorite kontrollereid. See aitab kulusid vähendada, kuna kontroller juhib pöördemomendi voolu, mitte kiirust. Kontroller vajab sagedust 12 kHz või kõrgemat, mis on selliste seadmete põhisagedus.
Kõrgem sagedus tuleneb mähise madalamast induktiivsusest, mis on 20 µH. Sagedus võimaldab voolu reguleerida, et minimeerida voolu pulsatsiooni ja tagada võimalikult sujuv sinusoidaalne signaal. Dünaamilisest vaatenurgast on see suurepärane viis sujuvama mootori juhtimise saavutamiseks, võimaldades kiireid pöördemomendi muutusi.
See konstruktsioon kasutab hajutatud kahekihilist mähist, nii et magnetvoog voolab rootorilt teisele rootorile läbi staatori, väga lühikese tee ja suurema efektiivsusega.
Selle disaini võtmeks on see, et see suudab töötada maksimaalselt 60 V pingega ja ei sobi kõrgema pingega süsteemidele. Seetõttu saab seda kasutada elektrimootorrataste ja L7e-klassi neljarattaliste sõidukite, näiteks Renault Twizy, jaoks.
Maksimaalne pinge 60 V võimaldab mootori integreerimist tavapärastesse 48 V elektrisüsteemidesse ja lihtsustab hooldustöid.
Euroopa raammääruse 2002/24/EÜ L7e neljarattaliste mootorrataste spetsifikatsioonid sätestavad, et kaubaveoks kasutatavate sõidukite mass ei tohi ületada 600 kilogrammi, välja arvatud akude kaal. Need sõidukid võivad vedada kuni 200 kilogrammi reisijaid, kuni 1000 kilogrammi lasti ja kuni 15 kilovatti mootori võimsust. Hajutatud mähise meetod võib pakkuda pöördemomenti 75–100 Nm, tippvõimsusega 20–25 kW ja pideva võimsusega 15 kW.
Aksiaalvoo väljakutse seisneb selles, kuidas vaskmähised soojust hajutavad, mis on keeruline, kuna soojus peab läbima rootori. Hajutatud mähis on selle probleemi lahendamise võti, kuna sellel on suur arv pooluspilusid. Sel viisil on vase ja kesta vahel suurem pindala ning soojust saab üle kanda väljapoole ja juhtida standardse vedelikjahutussüsteemi abil.
Mitmed magnetpoolused on sinusoidaalsete lainekujude kasutamise võtmeks, mis aitavad vähendada harmoonilisi. Need harmoonilised avalduvad magnetite ja südamiku kuumenemisena, samas kui vaskkomponendid ei suuda soojust ära juhtida. Kui magnetitesse ja raudsüdamikku koguneb soojus, väheneb efektiivsus, mistõttu on lainekuju ja soojuse tee optimeerimine mootori jõudluse seisukohalt ülioluline.
Mootori konstruktsiooni on optimeeritud kulude vähendamiseks ja automatiseeritud masstootmise saavutamiseks. Ekstrudeeritud korpuserõngas ei vaja keerukat mehaanilist töötlemist ja aitab vähendada materjalikulusid. Mähise saab otse kerida ning kerimisprotsessi ajal kasutatakse õige montaažikuju säilitamiseks liimimisprotsessi.
Põhipunkt on see, et mähis on valmistatud standardsest kaubandusvõrgust saadaval olevast traadist, samas kui rauast südamik on lamineeritud standardse trafoterasest, mis tuleb lihtsalt vormi lõigata. Teised mootorikonstruktsioonid nõuavad südamiku lamineerimisel pehmete magnetiliste materjalide kasutamist, mis võib olla kallim.
Hajutatud mähiste kasutamine tähendab, et magnetilist terast ei pea segmenteerima; need võivad olla lihtsama kujuga ja hõlpsamini valmistatavad. Magnetilise terase suuruse vähendamine ja selle valmistamise lihtsuse tagamine mõjutab oluliselt kulusid.
Selle aksiaalvoomootori konstruktsiooni saab kohandada ka vastavalt kliendi vajadustele. Klientidele on välja töötatud põhikonstruktsiooni põhjal kohandatud versioonid. Seejärel toodetakse need katsetootmisliinil varajaseks tootmise kontrollimiseks, mida saab teistes tehastes korrata.
Kohandamine tuleneb peamiselt sellest, et sõiduki jõudlus sõltub mitte ainult aksiaalse magnetvoo mootori konstruktsioonist, vaid ka sõiduki konstruktsiooni, aku ja BMS-i kvaliteedist.
Postituse aeg: 28. september 2023
