Meta mqabbla mal-muturi tal-fluss radjali, il-muturi tal-fluss assjali għandhom ħafna vantaġġi fid-disinn tal-vetturi elettriċi. Pereżempju, il-muturi tal-fluss assjali jistgħu jibdlu d-disinn tal-powertrain billi jċaqalqu l-mutur mill-fus għal ġewwa r-roti.
1. Assi tal-qawwa
Muturi tal-fluss assjaliqed jirċievu attenzjoni dejjem akbar (jiksbu trazzjoni). Għal ħafna snin, dan it-tip ta’ mutur intuża f’applikazzjonijiet stazzjonarji bħal liftijiet u makkinarju agrikolu, iżda matul l-aħħar għaxar snin, ħafna żviluppaturi ilhom jaħdmu biex itejbu din it-teknoloġija u japplikawha għal muturi elettriċi, pods tal-ajruporti, trakkijiet tal-merkanzija, vetturi elettriċi, u anke ajruplani.
Muturi tradizzjonali tal-fluss radjali jużaw kalamiti permanenti jew muturi ta' induzzjoni, li għamlu progress sinifikanti fl-ottimizzazzjoni tal-piż u l-ispiża. Madankollu, qed jiffaċċjaw ħafna diffikultajiet biex ikomplu jiżviluppaw. Il-fluss assjali, tip ta' mutur kompletament differenti, jista' jkun alternattiva tajba.
Meta mqabbla mal-muturi radjali, l-erja tal-wiċċ manjetiku effettiv tal-muturi b'kalamita permanenti ta' fluss assjali hija l-wiċċ tar-rotor tal-mutur, mhux id-dijametru ta' barra. Għalhekk, f'ċertu volum ta' mutur, il-muturi b'kalamita permanenti ta' fluss assjali ġeneralment jistgħu jipprovdu torque akbar.
Muturi tal-fluss assjalihuma aktar kompatti; Meta mqabbla mal-muturi radjali, it-tul assjali tal-mutur huwa ħafna iqsar. Għal muturi b'roti interni, dan ħafna drabi huwa fattur kruċjali. L-istruttura kompatta tal-muturi assjali tiżgura densità ta' qawwa u densità tat-torque ogħla minn muturi radjali simili, u b'hekk telimina l-ħtieġa għal veloċitajiet operattivi estremament għoljin.
L-effiċjenza tal-muturi tal-fluss assjali hija wkoll għolja ħafna, ġeneralment taqbeż is-96%. Dan huwa grazzi għall-mogħdija tal-fluss iqsar u unidimensjonali, li hija komparabbli jew saħansitra ogħla fl-effiċjenza meta mqabbla mal-aqwa muturi tal-fluss radjali 2D fis-suq.
It-tul tal-mutur huwa iqsar, ġeneralment minn 5 sa 8 darbiet iqsar, u l-piż jitnaqqas ukoll minn 2 sa 5 darbiet. Dawn iż-żewġ fatturi biddlu l-għażla tad-disinjaturi tal-pjattaforma tal-vetturi elettriċi.
2. Teknoloġija tal-fluss assjali
Hemm żewġ topoloġiji ewlenin għalmuturi tal-fluss assjali: stator wieħed b'rotor doppju (xi kultant imsejħa magni tal-istil torus) u stator doppju b'rotor wieħed.
Bħalissa, il-biċċa l-kbira tal-muturi b'kalamiti permanenti jużaw topoloġija ta' fluss radjali. Iċ-ċirkwit tal-fluss manjetiku jibda b'kalamita permanenti fuq ir-rotor, jgħaddi mill-ewwel sinna fuq l-istator, u mbagħad jiċċirkola radjalment tul l-istator. Imbagħad jgħaddi mit-tieni sinna biex jilħaq it-tieni azzar manjetiku fuq ir-rotor. F'topoloġija ta' fluss assjali b'rotor doppju, il-linja tal-fluss tibda mill-ewwel kalamita, tgħaddi assjalment mis-snien tal-istator, u immedjatament tilħaq it-tieni kalamita.
Dan ifisser li l-mogħdija tal-fluss hija ħafna iqsar minn dik tal-muturi tal-fluss radjali, li tirriżulta f'volumi iżgħar tal-mutur, densità ta' qawwa ogħla u effiċjenza bl-istess qawwa.
Mutur radjali, fejn il-fluss manjetiku jgħaddi mill-ewwel sinna u mbagħad jirritorna għas-sinna li jmiss permezz tal-istator, u jilħaq il-kalamita. Il-fluss manjetiku jsegwi mogħdija bidimensjonali.
Il-mogħdija tal-fluss manjetiku ta' magna tal-fluss manjetiku assjali hija unidimensjonali, għalhekk jista' jintuża azzar elettriku orjentat lejn il-qamħ. Dan l-azzar jagħmilha aktar faċli għall-fluss biex jgħaddi minnha, u b'hekk itejjeb l-effiċjenza.
Muturi tal-fluss radjali tradizzjonalment jużaw koljaturi distribwiti, b'sa nofs it-truf tal-koljatura ma jaħdmux. L-isporġenza tal-koljatura tirriżulta f'piż addizzjonali, spiża, reżistenza elettrika, u aktar telf ta' sħana, u ġġiegħel lid-disinjaturi jtejbu d-disinn tal-koljatura.
It-truf tal-koljatura ta'muturi tal-fluss assjalihuma ħafna inqas, u xi disinji jużaw koljaturi kkonċentrati jew segmentati, li huma kompletament effettivi. Għal magni radjali ta' stator segmentati, il-ksur tal-mogħdija tal-fluss manjetiku fl-stator jista' jġib telf addizzjonali, iżda għal muturi ta' fluss assjali, din mhix problema. Id-disinn tal-koljatura tal-koljatura huwa ċ-ċavetta biex tiddistingwi l-livell tal-fornituri.
3. Żvilupp
Il-muturi tal-fluss assjali jiffaċċjaw xi sfidi serji fid-disinn u l-produzzjoni, minkejja l-vantaġġi teknoloġiċi tagħhom, l-ispejjeż tagħhom huma ferm ogħla minn dawk tal-muturi radjali. In-nies għandhom fehim sħiħ ħafna tal-muturi radjali, u l-metodi tal-manifattura u t-tagħmir mekkaniku huma wkoll faċilment disponibbli.
Waħda mill-isfidi ewlenin tal-muturi tal-fluss assjali hija li jinżamm spazju uniformi għall-arja bejn ir-rotor u l-istator, peress li l-forza manjetika hija ħafna akbar minn dik tal-muturi radjali, u dan jagħmilha diffiċli biex jinżamm spazju uniformi għall-arja. Il-mutur tal-fluss assjali b'rotor doppju għandu wkoll problemi ta' dissipazzjoni tas-sħana, peress li l-istralċ jinsab fil-fond fl-istator u bejn iż-żewġ diski tar-rotor, u dan jagħmel id-dissipazzjoni tas-sħana diffiċli ħafna.
Muturi b'fluss assjali huma wkoll diffiċli biex jiġu manifatturati għal ħafna raġunijiet. Il-magna b'rotor doppju li tuża magna b'rotor doppju b'topoloġija ta' yokes (jiġifieri tneħħi l-madmad tal-ħadid mill-istator iżda żżomm is-snien tal-ħadid) tegħleb xi wħud minn dawn il-problemi mingħajr ma tespandi d-dijametru tal-mutur u l-kalamita.
Madankollu, it-tneħħija tal-madmad iġġib magħha sfidi ġodda, bħal kif jiġu ffissati u pożizzjonati snien individwali mingħajr konnessjoni mekkanika tal-madmad. It-tkessiħ huwa wkoll sfida akbar.
Huwa wkoll diffiċli li jiġi prodott ir-rotor u jinżamm id-distakk tal-arja, peress li d-diska tar-rotor tattira r-rotor. Il-vantaġġ huwa li d-diski tar-rotor huma konnessi direttament permezz ta' ċirku tax-xaft, għalhekk il-forzi jikkanċellaw lil xulxin. Dan ifisser li l-bearing intern ma jiflaħx dawn il-forzi, u l-unika funzjoni tiegħu hija li jżomm l-istator fil-pożizzjoni tan-nofs bejn iż-żewġ diski tar-rotor.
Muturi b'rotor wieħed u stator doppju ma jiffaċċjawx l-isfidi tal-muturi ċirkolari, iżda d-disinn tal-istator huwa ħafna aktar kumpless u diffiċli biex jinkiseb awtomazzjoni, u l-ispejjeż relatati huma wkoll għoljin. B'differenza minn kwalunkwe mutur tradizzjonali tal-fluss radjali, il-proċessi tal-manifattura tal-muturi assjali u t-tagħmir mekkaniku ħarġu biss dan l-aħħar.
4. Applikazzjoni ta' vetturi elettriċi
L-affidabbiltà hija kruċjali fl-industrija tal-karozzi, u l-prova tal-affidabbiltà u r-robustezza ta' prodotti differentimuturi tal-fluss assjaliLi tikkonvinċi lill-manifatturi li dawn il-muturi huma adattati għall-produzzjoni tal-massa dejjem kienet sfida. Dan wassal lill-fornituri ta' muturi assjali biex iwettqu programmi estensivi ta' validazzjoni waħedhom, b'kull fornitur juri li l-affidabbiltà tal-mutur tagħhom mhijiex differenti minn muturi tradizzjonali tal-fluss radjali.
L-uniku komponent li jista' jintlibes f'mutur tal-fluss assjalihuma l-bearings. It-tul tal-fluss manjetiku assjali huwa relattivament qasir, u l-pożizzjoni tal-bearings hija eqreb, ġeneralment iddisinjata biex tkun kemxejn "dimensjonata żżejjed". Fortunatament, il-mutur tal-fluss assjali għandu massa tar-rotor iżgħar u jista' jiflaħ tagħbijiet dinamiċi tax-xaft tar-rotor aktar baxxi. Għalhekk, il-forza attwali applikata fuq il-bearings hija ħafna iżgħar minn dik tal-mutur tal-fluss radjali.
Il-fus elettroniku huwa wieħed mill-ewwel applikazzjonijiet tal-muturi assjali. Il-wisa' irqaq jista' jinkapsula l-mutur u l-gearbox fil-fus. F'applikazzjonijiet ibridi, it-tul assjali iqsar tal-mutur imbagħad iqassar it-tul totali tas-sistema ta' trasmissjoni.
Il-pass li jmiss huwa li jiġi installat il-mutur assjali fuq ir-rota. B'dan il-mod, il-qawwa tista' tiġi trażmessa direttament mill-mutur għar-roti, u b'hekk tittejjeb l-effiċjenza tal-mutur. Minħabba l-eliminazzjoni tat-trażmissjonijiet, id-differenzjali, u x-xaftijiet tas-sewqan, il-kumplessità tas-sistema tnaqqset ukoll.
Madankollu, jidher li l-konfigurazzjonijiet standard għadhom ma dehrux. Kull manifattur tat-tagħmir oriġinali qed jirriċerka konfigurazzjonijiet speċifiċi, peress li d-daqsijiet u l-forom differenti tal-muturi assjali jistgħu jbiddlu d-disinn tal-vetturi elettriċi. Meta mqabbla mal-muturi radjali, il-muturi assjali għandhom densità ta' qawwa ogħla, li jfisser li jistgħu jintużaw muturi assjali iżgħar. Dan jipprovdi għażliet ġodda ta' disinn għall-pjattaformi tal-vetturi, bħat-tqegħid tal-pakketti tal-batteriji.
4.1 Armatura segmentata
It-topoloġija tal-mutur YASA (Yokeless and Segmented Armature) hija eżempju ta' topoloġija ta' stator wieħed b'rotor doppju, li tnaqqas il-kumplessità tal-manifattura u hija adattata għall-produzzjoni tal-massa awtomatizzata. Dawn il-muturi għandhom densità ta' qawwa sa 10 kW/kg b'veloċitajiet ta' 2000 sa 9000 rpm.
Bl-użu ta' kontrollur dedikat, jista' jipprovdi kurrent ta' 200 kVA għall-mutur. Il-kontrollur għandu volum ta' madwar 5 litri u jiżen 5.8 kilogrammi, inkluża l-ġestjoni termali bit-tkessiħ taż-żejt dielettriku, adattat għal muturi tal-fluss assjali kif ukoll għal muturi tal-induzzjoni u tal-fluss radjali.
Dan jippermetti lill-manifatturi tat-tagħmir oriġinali tal-vetturi elettriċi u lill-iżviluppaturi tal-ewwel livell jagħżlu b'mod flessibbli l-mutur xieraq ibbażat fuq l-applikazzjoni u l-ispazju disponibbli. Id-daqs u l-piż iżgħar jagħmlu l-vettura eħfef u jkollha aktar batteriji, u b'hekk iżidu l-firxa.
5. Applikazzjoni ta' muturi elettriċi
Għal muturi elettriċi u ATVs, xi kumpaniji żviluppaw muturi tal-fluss assjali AC. Id-disinn komunement użat għal dan it-tip ta' vettura huwa disinji tal-fluss assjali bbażati fuq brushes DC, filwaqt li l-prodott il-ġdid huwa disinn AC, kompletament issiġillat mingħajr brushes.
Il-koljaturi kemm tal-muturi DC kif ukoll tal-muturi AC jibqgħu stazzjonarji, iżda r-rotors doppji jużaw kalamiti permanenti minflok armaturi li jduru. Il-vantaġġ ta' dan il-metodu huwa li ma jeħtieġx treġġigħ lura mekkaniku.
Id-disinn assjali tal-AC jista' juża wkoll kontrolluri standard tal-mutur AC bi tliet fażijiet għal muturi radjali. Dan jgħin biex jitnaqqsu l-ispejjeż, billi l-kontrollur jikkontrolla l-kurrent tat-torque, mhux il-veloċità. Il-kontrollur jeħtieġ frekwenza ta' 12 kHz jew ogħla, li hija l-frekwenza ewlenija ta' apparati bħal dawn.
Il-frekwenza ogħla ġejja mill-induttanza tal-istralċ aktar baxxa ta' 20 µH. Il-frekwenza tista' tikkontrolla l-kurrent biex timminimizza t-tmewwiġ tal-kurrent u tiżgura sinjal sinusoidali kemm jista' jkun bla xkiel. Minn perspettiva dinamika, dan huwa mod tajjeb ħafna biex jinkiseb kontroll aktar bla xkiel tal-mutur billi jippermetti bidliet rapidi fit-torque.
Dan id-disinn jadotta stralċ b'saff doppju distribwit, għalhekk il-fluss manjetiku jiċċirkola mir-rotor għal rotor ieħor permezz tal-istator, b'passaġġ qasir ħafna u effiċjenza ogħla.
Iċ-ċavetta għal dan id-disinn hija li jista' jopera b'vultaġġ massimu ta' 60 V u mhux adattat għal sistemi ta' vultaġġ ogħla. Għalhekk, jista' jintuża għal muturi elettriċi u vetturi b'erba' roti tal-klassi L7e bħar-Renault Twizy.
Il-vultaġġ massimu ta' 60 V jippermetti li l-mutur jiġi integrat f'sistemi elettriċi ewlenin ta' 48 V u jissimplifika x-xogħol ta' manutenzjoni.
L-ispeċifikazzjonijiet tal-muturi b'erba' roti L7e fir-Regolament Qafas Ewropew 2002/24/KE jistipulaw li l-piż tal-vetturi użati għat-trasport tal-merkanzija ma jaqbiżx is-600 kilogramma, eskluż il-piż tal-batteriji. Dawn il-vetturi huma permessi li jġorru mhux aktar minn 200 kilogramma ta' passiġġieri, mhux aktar minn 1000 kilogramma ta' merkanzija, u mhux aktar minn 15-il kilowatt ta' qawwa tal-magna. Il-metodu ta' tkebbib distribwit jista' jipprovdi torque ta' 75-100 Nm, b'qawwa massima ta' ħruġ ta' 20-25 kW u qawwa kontinwa ta' 15 kW.
L-isfida tal-fluss assjali tinsab fil-mod kif il-koljaturi tar-ram ixerrdu s-sħana, li huwa diffiċli għaliex is-sħana trid tgħaddi mir-rotor. Il-koljatura distribwita hija ċ-ċavetta biex tissolva din il-problema, peress li għandha numru kbir ta' slots tal-poli. B'dan il-mod, hemm erja tal-wiċċ akbar bejn ir-ram u l-qoxra, u s-sħana tista' tiġi trasferita lejn barra u skarikata minn sistema standard ta' tkessiħ likwidu.
Poli manjetiċi multipli huma essenzjali għall-użu ta' forom ta' mewġ sinusoidali, li jgħinu biex jitnaqqsu l-armoniċi. Dawn l-armoniċi jimmanifestaw ruħhom bħala tisħin tal-kalamiti u l-qalba, filwaqt li l-komponenti tar-ram ma jistgħux iġorru s-sħana. Meta s-sħana takkumula fil-kalamiti u l-qlub tal-ħadid, l-effiċjenza tonqos, u huwa għalhekk li l-ottimizzazzjoni tal-forma tal-mewġa u l-mogħdija tas-sħana hija kruċjali għall-prestazzjoni tal-mutur.
Id-disinn tal-mutur ġie ottimizzat biex jitnaqqsu l-ispejjeż u tinkiseb produzzjoni tal-massa awtomatizzata. Ċirku tal-kisi estruż ma jeħtieġx ipproċessar mekkaniku kumpless u jista' jnaqqas l-ispejjeż tal-materjal. Il-kolja tista' tiġi mdawra direttament u jintuża proċess ta' twaħħil matul il-proċess tat-tkebbib biex tinżamm il-forma korretta tal-assemblaġġ.
Il-punt ewlieni huwa li l-kolja hija magħmula minn wajer standard disponibbli kummerċjalment, filwaqt li l-qalba tal-ħadid hija laminata b'azzar standard tat-transformer imqiegħed off-shelf, li sempliċement jeħtieġ li jinqata' fil-forma. Disinji oħra ta' muturi jeħtieġu l-użu ta' materjali manjetiċi rotob fil-laminazzjoni tal-qalba, li tista' tkun aktar għalja.
L-użu ta' koljaturi distribwiti jfisser li l-azzar manjetiku m'għandux għalfejn jiġi segmentat; Jistgħu jkunu forom aktar sempliċi u aktar faċli biex jiġu manifatturati. It-tnaqqis tad-daqs tal-azzar manjetiku u l-iżgurar tal-faċilità tal-manifattura tiegħu għandhom impatt sinifikanti fuq it-tnaqqis tal-ispejjeż.
Id-disinn ta' dan il-mutur tal-fluss assjali jista' wkoll jiġi personalizzat skont ir-rekwiżiti tal-klijent. Il-klijenti jkollhom verżjonijiet personalizzati żviluppati madwar disinn bażiku. Imbagħad jiġu manifatturati fuq linja ta' produzzjoni ta' prova għal verifika bikrija tal-produzzjoni, li tista' tiġi replikata f'fabbriki oħra.
Il-personalizzazzjoni hija prinċipalment minħabba li l-prestazzjoni tal-vettura tiddependi mhux biss mid-disinn tal-mutur tal-fluss manjetiku assjali, iżda wkoll mill-kwalità tal-istruttura tal-vettura, il-pakkett tal-batterija, u l-BMS.
Ħin tal-posta: 28 ta' Settembru 2023
