У параўнанні з радыяльна-патокавымі рухавікамі, аксіяльна-паточныя рухавікі маюць шмат пераваг у канструкцыі электрамабіляў. Напрыклад, аксіяльна-паточныя рухавікі могуць змяніць канструкцыю трансмісіі, перамясціўшы рухавік з восі ўнутр колаў.
1. Вось улады
Рухавікі з восевым магнитным патокампрыцягваюць усё большую ўвагу (паляпшаюць счапленне). На працягу многіх гадоў гэты тып рухавіка выкарыстоўваўся ў стацыянарных прыладах, такіх як ліфты і сельскагаспадарчая тэхніка, але за апошняе дзесяцігоддзе многія распрацоўшчыкі працавалі над удасканаленнем гэтай тэхналогіі і прымяненнем яе ў электрычных матацыклах, аэрапортных капсулах, грузавых аўтамабілях, электрамабілях і нават самалётах.
Традыцыйныя радыяльна-флюсавы рухавікі выкарыстоўваюць пастаянныя магніты або асінхронныя рухавікі, якія дасягнулі значнага прагрэсу ў аптымізацыі вагі і кошту. Аднак яны сутыкаюцца з многімі цяжкасцямі ў далейшым развіцці. Аксіяльна-флюсавы рухавік, зусім іншы тып рухавіка, можа быць добрай альтэрнатывай.
У параўнанні з радыяльнымі рухавікамі, эфектыўная плошча магнітнай паверхні рухавікоў з аксіяльным патокам з пастаяннымі магнітамі — гэта паверхня ротара рухавіка, а не вонкавы дыяметр. Такім чынам, пры пэўным аб'ёме рухавіка рухавікі з аксіяльным патокам з пастаяннымі магнітамі звычайна могуць забяспечваць большы крутоўны момант.
Рухавікі з восевым магнитным патокамбольш кампактныя; у параўнанні з радыяльнымі рухавікамі, восевая даўжыня рухавіка значна карацейшая. Для рухавікоў з унутраным размяшчэннем колаў гэта часта з'яўляецца вырашальным фактарам. Кампактная канструкцыя восевых рухавікоў забяспечвае больш высокую шчыльнасць магутнасці і шчыльнасць крутоўнага моманту ў параўнанні з падобнымі радыяльнымі рухавікамі, тым самым выключаючы неабходнасць у надзвычай высокіх рабочых хуткасцях.
ККД аксіяльных рухавікоў з патокам таксама вельмі высокі, звычайна перавышае 96%. Гэта тлумачыцца больш кароткім аднамерным шляхам патоку, які параўнальны або нават вышэйшы па эфектыўнасці ў параўнанні з лепшымі 2D радыяльнымі рухавікамі з патокам на рынку.
Даўжыня рухавіка скарачаецца, звычайна ў 5-8 разоў, а вага таксама змяншаецца ў 2-5 разоў. Гэтыя два фактары змянілі выбар канструктараў платформы электрамабіляў.
2. Тэхналогія восевага патоку
Існуюць дзве асноўныя тапалогіі дляаксіяльныя рухавікі з патокамаднастатарныя машыны з падвойным ротарам (часам іх называюць машынамі торападобнага тыпу) і аднаротарныя машыны з падвойным статарам.
У цяперашні час большасць рухавікоў з пастаяннымі магнітамі выкарыстоўваюць радыяльную тапалогію магнітнага патоку. Контур магнітнага патоку пачынаецца з пастаяннага магніта на ротары, праходзіць праз першы зубец на статары, а затым цячэ радыяльна ўздоўж статара. Затым праходзіць праз другі зубец, каб дасягнуць другой магнітнай сталі на ротары. У тапалогіі восевага патоку з падвойным ротарам пятля патоку пачынаецца ад першага магніта, праходзіць восева праз зубцы статара і адразу дасягае другога магніта.
Гэта азначае, што шлях патоку значна карацейшы, чым у радыяльных рухавікоў з патокам, што прыводзіць да меншых аб'ёмаў рухавіка, больш высокай шчыльнасці магутнасці і эфектыўнасці пры той жа магутнасці.
Радыяльны рухавік, у якім магнітны паток праходзіць праз першы зубец, а затым вяртаецца да наступнага зубца праз статар, дасягаючы магніта. Магнітны паток рухаецца па двухмернай траекторыі.
Шлях магнітнага патоку восевай машыны з магнітным патокам аднамерны, таму можна выкарыстоўваць электратэхнічную сталь з арыентаванай зернем. Гэтая сталь палягчае праходжанне патоку, тым самым павышаючы эфектыўнасць.
У радыяльна-паточных рухавіках традыцыйна выкарыстоўваюцца размеркаваныя абмоткі, прычым да паловы рэшт абмоткі не функцыянуе. Выступ абмоткі прыводзіць да павелічэння вагі, кошту, электрычнага супраціву і большай цеплавой страты, што прымушае распрацоўшчыкаў удасканальваць канструкцыю абмоткі.
Канцы шпулькіаксіяльныя рухавікі з патокамзначна меншыя, і ў некаторых канструкцыях выкарыстоўваюцца канцэнтраваныя або сегментаваныя абмоткі, якія цалкам эфектыўныя. Для радыяльных машын з сегментаваным статарам разрыў шляху магнітнага патоку ў статары можа прывесці да дадатковых страт, але для рухавікоў з восевым патокам гэта не праблема. Канструкцыя абмоткі шпулькі з'яўляецца ключом да адрознення ўзроўню пастаўшчыкоў.
3. Развіццё
Аксіяльныя рухавікі з патокам сутыкаюцца з сур'ёзнымі праблемамі ў распрацоўцы і вытворчасці, і, нягледзячы на іх тэхналагічныя перавагі, іх кошт значна вышэйшы, чым у радыяльных рухавікоў. Людзі маюць вельмі добрае разуменне радыяльных рухавікоў, а метады вытворчасці і механічнае абсталяванне таксама лёгкадаступныя.
Адной з галоўных праблем аксіяльных рухавікоў з'яўляецца падтрыманне раўнамернага паветранага зазору паміж ротарам і статарам, бо магнітная сіла значна большая, чым у радыяльных рухавікоў, што ўскладняе падтрыманне раўнамернага паветранага зазору. Двухротарны аксіяльны рухавік таксама мае праблемы з цеплааддачай, бо абмотка размешчана глыбока ў статары і паміж двума дыскамі ротара, што вельмі ўскладняе цеплааддачу.
Аксіяльныя рухавікі з патокам таксама складаныя ў вырабе па многіх прычынах. Двухротарная машына з выкарыстаннем двухротарнай машыны з тапалогіяй ярмаў (г.зн. выдаленне жалезнага ярма са статара, але захаванне жалезных зубцоў) пераадольвае некаторыя з гэтых праблем без павелічэння дыяметра рухавіка і магніта.
Аднак зняцце ярма стварае новыя праблемы, такія як фіксацыя і пазіцыянаванне асобных зуб'яў без механічнага злучэння ярма. Астуджэнне таксама з'яўляецца большай праблемай.
Таксама складана вырабіць ротар і падтрымліваць паветраны зазор, бо дыск ротара прыцягвае ротар. Перавага заключаецца ў тым, што дыскі ротара непасрэдна злучаны праз кольца вала, таму сілы ўзаемакампенсуюць. Гэта азначае, што ўнутраны падшыпнік не вытрымлівае гэтых сіл, і яго адзіная функцыя — утрымліваць статар у сярэднім становішчы паміж двума дыскамі ротара.
Аднаротарныя рухавікі з падвойным статарам не сутыкаюцца з праблемамі круглых рухавікоў, але канструкцыя статара значна больш складаная і цяжка аўтаматызаваць, а звязаныя з гэтым выдаткі таксама высокія. У адрозненне ад любога традыцыйнага радыяльнага рухавіка з патокам, вытворчыя працэсы і механічнае абсталяванне для восевых рухавікоў з'явіліся толькі нядаўна.
4. Прымяненне электрамабіляў
Надзейнасць мае вырашальнае значэнне ў аўтамабільнай прамысловасці, і доказ надзейнасці і трываласці розныхаксіяльныя рухавікі з патокамПераканаць вытворцаў у тым, што гэтыя рухавікі падыходзяць для масавай вытворчасці, заўсёды было складанай задачай. Гэта падштурхнула пастаўшчыкоў восевых рухавікоў самастойна праводзіць шырокія праграмы праверкі, прычым кожны пастаўшчык дэманструе, што надзейнасць яго рухавіка нічым не адрозніваецца ад традыцыйных радыяльных рухавікоў з патокам.
Адзіны кампанент, які можа зношвацца ўрухавік з восевым патокам— гэта падшыпнікі. Даўжыня восевага магнітнага патоку адносна кароткая, а размяшчэнне падшыпнікаў бліжэй, звычайна распрацоўваецца з невялікім «павялічаным памерам». На шчасце, рухавік з восевым магнітным патокам мае меншую масу ротара і можа вытрымліваць меншыя дынамічныя нагрузкі на вал ротара. Такім чынам, фактычная сіла, якая прыкладваецца да падшыпнікаў, значна меншая, чым у рухавіка з радыяльным магнітным патокам.
Электронны мост — адно з першых ужыванняў восевых рухавікоў. Меншая шырыня дазваляе змясціць рухавік і каробку перадач у восі. У гібрыдных прымяненнях меншая восевая даўжыня рухавіка, у сваю чаргу, скарачае агульную даўжыню сістэмы трансмісіі.
Наступны крок — усталяваць восевы рухавік на кола. Такім чынам, магутнасць можа перадавацца непасрэдна ад рухавіка да колаў, што павышае яго эфектыўнасць. Дзякуючы ліквідацыі трансмісій, дыферэнцыялаў і карданных валаў, складанасць сістэмы таксама была зніжана.
Аднак, здаецца, што стандартныя канфігурацыі пакуль не з'явіліся. Кожны вытворца арыгінальнага абсталявання даследуе канкрэтныя канфігурацыі, бо розныя памеры і формы восевых рухавікоў могуць змяніць канструкцыю электрамабіляў. У параўнанні з радыяльнымі рухавікамі, восевыя рухавікі маюць больш высокую шчыльнасць магутнасці, што азначае, што можна выкарыстоўваць меншыя восевыя рухавікі. Гэта адкрывае новыя магчымасці канструкцыі для платформаў транспартных сродкаў, такія як размяшчэнне акумулятарных блокаў.
4.1 Сегментаваны арматурны элемент
Тапалогія рухавіка YASA (Yokless and Segmented Armature — безярмовая і сегментаваная якарная сістэма) з'яўляецца прыкладам тапалогіі з падвойным ротарам і адным статарам, што змяншае складанасць вытворчасці і падыходзіць для аўтаматызаванай масавай вытворчасці. Гэтыя рухавікі маюць шчыльнасць магутнасці да 10 кВт/кг пры хуткасцях ад 2000 да 9000 аб/мін.
Выкарыстоўваючы спецыяльны кантролер, ён можа забяспечваць ток рухавіка магутнасцю 200 кВА. Кантролер мае аб'ём прыблізна 5 літраў і важыць 5,8 кілаграма, у тым ліку сістэму цеплавога кіравання з дыэлектрычным алейным астуджэннем, падыходзіць як для аксіяльных, так і для асінхронных і радыяльных рухавікоў.
Гэта дазваляе вытворцам арыгінальнага абсталявання для электрамабіляў і распрацоўшчыкам першага ўзроўню гнутка выбіраць адпаведны рухавік у залежнасці ад прымянення і даступнай прасторы. Меншы памер і вага робяць аўтамабіль лягчэйшым і маюць больш акумулятараў, тым самым павялічваючы запас ходу.
5. Прымяненне электрычных матацыклаў
Для электрычных матацыклаў і квадроцыклаў некаторыя кампаніі распрацавалі рухавікі пераменнага току з аксіяльным патокам. Для гэтага тыпу транспартных сродкаў звычайна выкарыстоўваюцца рухавікі пастаяннага току з аксіяльным патокам на аснове шчотак, у той час як новы прадукт — гэта цалкам герметычная бесшчоткавая канструкцыя пераменнага току.
Шпулькі рухавікоў пастаяннага і пераменнага току застаюцца нерухомымі, але ў падвойных ротарах замест круцільных якароў выкарыстоўваюцца пастаянныя магніты. Перавага гэтага метаду заключаецца ў тым, што ён не патрабуе механічнага рэверсавання.
У канструкцыі з восевым пераменным токам таксама можна выкарыстоўваць стандартныя кантролеры трохфазных рухавікоў пераменнага току для радыяльных рухавікоў. Гэта дапамагае знізіць выдаткі, бо кантролер кіруе токам круцільнага моманту, а не хуткасцю. Кантролеру патрабуецца частата 12 кГц або вышэй, што з'яўляецца асноўнай частатой такіх прылад.
Больш высокая частата забяспечваецца меншай індуктыўнасцю абмоткі, роўнай 20 мкГн. Частата дазваляе рэгуляваць ток, мінімізуючы пульсацыі току і забяспечваючы максімальна плаўную форму сінусоіднага сігналу. З дынамічнага пункту гледжання гэта выдатны спосаб дасягнуць больш плыўнага кіравання рухавіком, дазваляючы хутка змяняць крутоўны момант.
У гэтай канструкцыі выкарыстоўваецца размеркаваная двухслаёвая абмотка, таму магнітны паток пераходзіць ад ротара да іншага ротара праз статар, з вельмі кароткім шляхам і больш высокай эфектыўнасцю.
Ключавая асаблівасць гэтай канструкцыі заключаецца ў тым, што яна можа працаваць пры максімальным напружанні 60 В і не падыходзіць для сістэм больш высокага напружання. Такім чынам, яе можна выкарыстоўваць для электрычных матацыклаў і чатырохколавых транспартных сродкаў класа L7e, такіх як Renault Twizy.
Максімальнае напружанне 60 В дазваляе інтэграваць рухавік у асноўныя электрычныя сістэмы 48 В і спрашчае тэхнічнае абслугоўванне.
У адпаведнасці з еўрапейскімі рамачнымі палажэннямі 2002/24/EC спецыфікацыі чатырохколавых матацыклаў L7e прадугледжваюць, што вага транспартных сродкаў, якія выкарыстоўваюцца для перавозкі грузаў, не перавышае 600 кілаграмаў, без уліку вагі акумулятараў. Гэтыя транспартныя сродкі могуць перавозіць не больш за 200 кілаграмаў пасажыраў, не больш за 1000 кілаграмаў грузу і не больш за 15 кілават магутнасці рухавіка. Размеркаваны метад абмоткі можа забяспечыць крутоўны момант 75-100 Нм, пікавую выходную магутнасць 20-25 кВт і бесперапынную магутнасць 15 кВт.
Праблема восевага патоку заключаецца ў тым, як медныя абмоткі рассейваюць цяпло, што складана, бо цяпло павінна праходзіць праз ротар. Размеркаваная абмотка з'яўляецца ключом да вырашэння гэтай праблемы, бо яна мае вялікую колькасць палёў для полюсаў. Такім чынам, паміж меддзю і корпусам большая плошча паверхні, і цяпло можа перадавацца вонкі і адводзіцца стандартнай сістэмай вадкаснага астуджэння.
Некалькі магнітных полюсаў з'яўляюцца ключом да выкарыстання сінусоідных формаў хвалі, якія дапамагаюць паменшыць гармонікі. Гэтыя гармонікі праяўляюцца ў выглядзе нагрэву магнітаў і стрыжня, у той час як медныя кампаненты не могуць адводзіць цяпло. Калі цяпло назапашваецца ў магнітах і жалезных стрыжнях, эфектыўнасць зніжаецца, таму аптымізацыя формы хвалі і цеплавога шляху мае вырашальнае значэнне для прадукцыйнасці рухавіка.
Канструкцыя рухавіка была аптымізавана для зніжэння выдаткаў і дасягнення аўтаматызаванай масавай вытворчасці. Экструдаванае кольца корпуса не патрабуе складанай механічнай апрацоўкі і можа знізіць выдаткі на матэрыялы. Шпульку можна намотваць непасрэдна, і падчас працэсу намоткі выкарыстоўваецца працэс злучэння для падтрымання правільнай формы зборкі.
Ключавы момант заключаецца ў тым, што шпулька выраблена са стандартнага камерцыйна даступнага дроту, а жалезны стрыжань ламінаваны стандартнай трансфарматарнай сталлю, якую проста трэба парэзаць у патрэбную форму. Іншыя канструкцыі рухавікоў патрабуюць выкарыстання мяккіх магнітных матэрыялаў для ламінавання стрыжня, што можа быць даражэй.
Выкарыстанне размеркаваных абмотак азначае, што магнітную сталь не трэба сегментаваць; яны могуць быць больш простымі і лягчэйшымі ў вытворчасці. Памяншэнне памеру магнітнай сталі і забеспячэнне лёгкасці яе вырабу аказвае значны ўплыў на зніжэнне выдаткаў.
Канструкцыя гэтага аксіяльнага рухавіка з патокам таксама можа быць зменена ў адпаведнасці з патрабаваннямі заказчыка. Заказчыкі атрымліваюць індывідуальныя версіі, распрацаваныя на аснове базавай канструкцыі. Затым яны вырабляюцца на пробнай вытворчай лініі для ранняй праверкі вытворчасці, якую можна паўтарыць на іншых заводах.
Налада ў асноўным звязана з тым, што прадукцыйнасць транспартнага сродку залежыць не толькі ад канструкцыі рухавіка восевага магнітнага патоку, але і ад якасці канструкцыі транспартнага сродку, акумулятарнай батарэі і сістэмы кіравання будынкам (BMS).
Час публікацыі: 28 верасня 2023 г.
