puslapio_baneris

Naujienos

Ašinių srautinių variklių privalumai, sunkumai ir naujovės

Palyginti su radialiniais srauto varikliais, ašiniai srauto varikliai turi daug pranašumų projektuojant elektrines transporto priemones. Pavyzdžiui, ašiniai srauto varikliai gali pakeisti jėgos agregato konstrukciją, perkeldami variklį iš ašies į ratų vidų.

https://www.yeaphi.com/yeaphi-servo-motor-with-drive-1kw1-2kw-48v-72v-3600-3800rpm-driving-train-including-driving-motor-gearbox-and-brake-for-zero-turn-mower-and-lv-tractor-product/

1. Galios ašis

Ašinio srauto varikliaisulaukia vis daugiau dėmesio (įgyja trauką). Daugelį metų šio tipo varikliai buvo naudojami stacionariose srityse, tokiose kaip liftai ir žemės ūkio technika, tačiau per pastarąjį dešimtmetį daugelis kūrėjų dirbo siekdami patobulinti šią technologiją ir pritaikyti ją elektriniams motociklams, oro uostų nameliams ant ratų, krovininiams sunkvežimiams, elektrinėms transporto priemonėms ir net lėktuvams.

Tradiciniai radialiniai srauto varikliai naudoja nuolatinius magnetus arba indukcinius variklius, kurie padarė didelę pažangą optimizuojant svorį ir kainą. Tačiau juos toliau tobulinant susiduriama su daugybe sunkumų. Ašinis srauto variklis, visiškai kitokio tipo, gali būti gera alternatyva.

Lyginant su radialiniais varikliais, ašinio srauto nuolatinio magneto variklių efektyvus magnetinio paviršiaus plotas yra variklio rotoriaus paviršius, o ne išorinis skersmuo. Todėl tam tikrame variklio tūryje ašinio srauto nuolatinio magneto varikliai paprastai gali užtikrinti didesnį sukimo momentą.

Ašinio srauto varikliaiyra kompaktiškesni; Palyginti su radialiniais varikliais, variklio ašinis ilgis yra daug trumpesnis. Vidinių ratų varikliams tai dažnai yra labai svarbus veiksnys. Kompaktiška ašinių variklių konstrukcija užtikrina didesnį galios tankį ir sukimo momento tankį nei panašūs radialiniai varikliai, todėl nereikia itin didelio veikimo greičio.

Ašinių srauto variklių efektyvumas taip pat yra labai didelis, paprastai viršijantis 96 %. Taip yra dėl trumpesnio, vienmačio srauto kelio, kurio efektyvumas yra panašus arba net didesnis, palyginti su geriausiais rinkoje esančiais 2D radialiniais srauto varikliais.

Variklio ilgis trumpesnis, paprastai 5–8 kartus, o svoris taip pat sumažintas 2–5 kartus. Šie du veiksniai pakeitė elektromobilių platformų konstruktorių pasirinkimą.

2. Ašinio srauto technologija

Yra dvi pagrindinės topologijosašinio srauto varikliaidviejų rotorių vieno statoriaus (kartais vadinamos torų tipo mašinomis) ir vieno rotoriaus dviejų statorių.

https://www.yeaphi.com/yeaphi-servo-motor-with-drive-1kw1-2kw-48v-72v-3600-3800rpm-driving-train-including-driving-motor-gearbox-and-brake-for-zero-turn-mower-and-lv-tractor-product/

https://www.yeaphi.com/yeaphi-servo-motor-with-drive-1kw1-2kw-48v-72v-3600-3800rpm-driving-train-including-driving-motor-gearbox-and-brake-for-zero-turn-mower-and-lv-tractor-product/

Šiuo metu dauguma nuolatinių magnetų variklių naudoja radialinio srauto topologiją. Magnetinio srauto grandinė prasideda nuo nuolatinio magneto ant rotoriaus, eina per pirmąjį statoriaus dantį ir tada teka radialine kryptimi išilgai statoriaus. Tada praeina per antrąjį dantį ir pasiekia antrąjį magnetinį plieną ant rotoriaus. Dvigubo rotoriaus ašinio srauto topologijoje srauto kilpa prasideda nuo pirmojo magneto, eina ašine kryptimi per statoriaus dantis ir iš karto pasiekia antrąjį magnetą.

Tai reiškia, kad srauto kelias yra daug trumpesnis nei radialinių srautinių variklių, todėl esant tai pačiai galiai, variklio tūris yra mažesnis, galios tankis didesnis ir efektyvumas didesnis.

Radialinis variklis, kuriame magnetinis srautas praeina per pirmąjį dantį, o tada per statorių grįžta prie kito danties ir pasiekia magnetą. Magnetinis srautas juda dvimatėje erdvėje.

Ašinio magnetinio srauto mašinos magnetinio srauto kelias yra vienmatis, todėl galima naudoti orientuoto grūdėtumo elektrotechninį plieną. Šis plienas palengvina srauto praėjimą, todėl pagerėja efektyvumas.

https://www.yeaphi.com/yeaphi-servo-motor-with-drive-1kw1-2kw-48v-72v-3600-3800rpm-driving-train-including-driving-motor-gearbox-and-brake-for-zero-turn-mower-and-lv-tractor-product/

Radialinio srauto varikliuose tradiciškai naudojamos paskirstytos apvijos, kai iki pusės apvijų galų neveikia. Ritės iškyša padidina svorį, kainą, elektrinę varžą ir šilumos nuostolius, todėl konstruktoriai yra priversti tobulinti apvijų konstrukciją.

Ritės galaiašinio srauto varikliaiyra daug mažiau, o kai kuriuose projektuose naudojamos koncentruotos arba segmentuotos apvijos, kurios yra visiškai efektyvios. Segmentuoto statoriaus radialinėms mašinoms magnetinio srauto kelio nutrūkimas statoriuje gali sukelti papildomų nuostolių, tačiau ašinio srauto varikliams tai nėra problema. Ritės apvijos konstrukcija yra raktas į tiekėjų lygio išskyrimą.

https://www.yeaphi.com/yeaphi-servo-motor-with-drive-1kw1-2kw-48v-72v-3600-3800rpm-driving-train-including-driving-motor-gearbox-and-brake-for-zero-turn-mower-and-lv-tractor-product/

3. Vystymasis

Ašinių srautinių variklių projektavimas ir gamyba susiduria su rimtais iššūkiais, nepaisant jų technologinių pranašumų, jų kaina yra daug didesnė nei radialinių variklių. Žmonės labai gerai išmano radialinius variklius, o gamybos metodai ir mechaninė įranga taip pat yra lengvai prieinami.

Vienas iš pagrindinių ašinio srauto variklių iššūkių yra išlaikyti vienodą oro tarpą tarp rotoriaus ir statoriaus, nes magnetinė jėga yra daug didesnė nei radialinių variklių, todėl sunku išlaikyti vienodą oro tarpą. Dviejų rotorių ašinis srauto variklis taip pat turi šilumos išsklaidymo problemų, nes apvija yra giliai statoriuje ir tarp dviejų rotoriaus diskų, todėl šilumos išsklaidymas yra labai sudėtingas.

Ašinio srauto variklius taip pat sunku pagaminti dėl daugelio priežasčių. Dviejų rotorių mašina, naudojanti dviejų rotorių mašiną su jungų topologija (t. y. nuėmus geležinę jungą nuo statoriaus, bet išlaikant geležinius dantis), išsprendžia kai kurias iš šių problemų nepadidinant variklio skersmens ir magneto.

Tačiau jungo nuėmimas sukelia naujų iššūkių, pavyzdžiui, kaip pritvirtinti ir pozicionuoti atskirus dantis be mechaninio jungo jungimo. Aušinimas taip pat yra didesnis iššūkis.

Taip pat sunku pagaminti rotorių ir išlaikyti oro tarpą, nes rotoriaus diskas traukia rotorių. Privalumas tas, kad rotoriaus diskai yra tiesiogiai sujungti veleno žiedu, todėl jėgos viena kitą panaikina. Tai reiškia, kad vidinis guolis neatlaiko šių jėgų, o jo vienintelė funkcija yra laikyti statorių vidurinėje padėtyje tarp dviejų rotoriaus diskų.

Dvigubo statoriaus ir vieno rotoriaus varikliai nesusiduria su apvalių variklių iššūkiais, tačiau statoriaus konstrukcija yra daug sudėtingesnė ir sunkiau automatizuojama, o susijusios išlaidos taip pat yra didelės. Skirtingai nuo bet kurio tradicinio radialinio srauto variklio, ašinių variklių gamybos procesai ir mechaninė įranga atsirado tik neseniai.

4. Elektrinių transporto priemonių taikymas

Patikimumas yra labai svarbus automobilių pramonėje, todėl svarbu įrodyti skirtingų sistemų patikimumą ir tvirtumą.ašinio srauto varikliaiĮtikinti gamintojus, kad šie varikliai tinkami masinei gamybai, visada buvo iššūkis. Tai paskatino ašinių variklių tiekėjus savarankiškai vykdyti išsamias patvirtinimo programas, kurių metu kiekvienas tiekėjas įrodė, kad jų variklių patikimumas nesiskiria nuo tradicinių radialinių srautinių variklių.

Vienintelis komponentas, kuris gali susidėvėtiašinio srauto variklisyra guoliai. Ašinio magnetinio srauto ilgis yra santykinai trumpas, o guolių padėtis yra arčiau, paprastai jie yra šiek tiek „per dideli“. Laimei, ašinio srauto variklis turi mažesnę rotoriaus masę ir gali atlaikyti mažesnes rotoriaus dinamines veleno apkrovas. Todėl faktinė guoliams taikoma jėga yra daug mažesnė nei radialinio srauto variklio.

https://www.yeaphi.com/yeaphi-servo-motor-with-drive-1kw1-2kw-48v-72v-3600-3800rpm-driving-train-including-driving-motor-gearbox-and-brake-for-zero-turn-mower-and-lv-tractor-product/

Elektroninė ašis yra vienas pirmųjų ašinių variklių pritaikymų. Plonesnis plotis gali apgaubti variklį ir pavarų dėžę ašyje. Hibridinėse sistemose trumpesnis variklio ašies ilgis savo ruožtu sutrumpina bendrą transmisijos sistemos ilgį.

Kitas žingsnis – ašinio variklio montavimas ant rato. Tokiu būdu galia gali būti tiesiogiai perduodama iš variklio į ratus, taip pagerinant variklio efektyvumą. Atsisakius transmisijų, diferencialų ir kardaninių velenų, sistemos sudėtingumas taip pat sumažėjo.

Tačiau atrodo, kad standartinės konfigūracijos dar neatsirado. Kiekvienas originalios įrangos gamintojas tiria konkrečias konfigūracijas, nes skirtingi ašinių variklių dydžiai ir formos gali pakeisti elektrinių transporto priemonių konstrukciją. Palyginti su radialiniais varikliais, ašiniai varikliai turi didesnį galios tankį, o tai reiškia, kad galima naudoti mažesnius ašinius variklius. Tai suteikia naujų transporto priemonių platformų projektavimo galimybių, pavyzdžiui, akumuliatorių blokų išdėstymo.

4.1 Segmentuota armatūra

YASA (angl. Yokeless and Segmented Armature) variklio topologija yra dviejų rotorių ir vieno statoriaus topologijos pavyzdys, kuris sumažina gamybos sudėtingumą ir tinka automatizuotai masinei gamybai. Šių variklių galios tankis siekia iki 10 kW/kg, esant 2000–9000 aps./min. greičiui.

https://www.yeaphi.com/yeaphi-servo-motor-with-drive-1kw1-2kw-48v-72v-3600-3800rpm-driving-train-including-driving-motor-gearbox-and-brake-for-zero-turn-mower-and-lv-tractor-product/

Naudodamas specialų valdiklį, jis gali tiekti varikliui 200 kVA srovę. Valdiklio tūris yra maždaug 5 litrai, o svoris – 5,8 kilogramo, įskaitant šilumos valdymą su dielektriniu alyvos aušinimu, todėl jis tinka ašiniams, taip pat indukciniams ir radialiniams srautiniams varikliams.

 

Tai leidžia elektromobilių originalios įrangos gamintojams ir pirmos pakopos kūrėjams lanksčiai pasirinkti tinkamą variklį, atsižvelgiant į pritaikymą ir turimą erdvę. Mažesnis dydis ir svoris lemia, kad transporto priemonė yra lengvesnė ir turi daugiau akumuliatorių, todėl padidėja nuvažiuojamas atstumas.

5. Elektrinių motociklų pritaikymas

Elektriniams motociklams ir keturračiams kai kurios įmonės sukūrė kintamosios srovės ašinio srauto variklius. Dažniausiai šio tipo transporto priemonėms naudojama nuolatinės srovės šepetėlinė ašinio srauto konstrukcija, o naujasis produktas – visiškai sandari bešepetėlinė kintamosios srovės konstrukcija.

https://www.yeaphi.com/yeaphi-servo-motor-with-drive-1kw1-2kw-48v-72v-3600-3800rpm-driving-train-including-driving-motor-gearbox-and-brake-for-zero-turn-mower-and-lv-tractor-product/

Tiek nuolatinės, tiek kintamosios srovės variklių ritės lieka nejudančios, tačiau dvigubuose rotoriuose vietoj besisukančių armatūrų naudojami nuolatiniai magnetai. Šio metodo privalumas yra tas, kad jam nereikia mechaninio reversavimo.

Ašinio tipo kintamosios srovės konstrukcijoje radialiniams varikliams taip pat galima naudoti standartinius trifazius kintamosios srovės variklių valdiklius. Tai padeda sumažinti išlaidas, nes valdiklis valdo sukimo momento srovę, o ne greitį. Valdikliui reikalingas 12 kHz ar didesnis dažnis, kuris yra tokių įrenginių pagrindinis dažnis.

Didesnis dažnis gaunamas dėl mažesnio apvijos induktyvumo, siekiančio 20 µH. Dažnis gali valdyti srovę, kad būtų sumažintas srovės pulsavimas ir užtikrintas kuo sklandesnis sinusoidinis signalas. Dinamikos požiūriu tai puikus būdas pasiekti sklandesnį variklio valdymą, nes leidžia greitai keisti sukimo momentą.

Ši konstrukcija naudoja paskirstytą dvigubo sluoksnio apviją, todėl magnetinis srautas teka iš rotoriaus į kitą rotorių per statorių labai trumpu keliu ir didesniu efektyvumu.

Šios konstrukcijos esmė yra ta, kad ji gali veikti esant maksimaliai 60 V įtampai ir netinka aukštesnės įtampos sistemoms. Todėl ją galima naudoti elektriniuose motocikluose ir L7e klasės keturračiuose automobiliuose, tokiuose kaip „Renault Twizy“.

Maksimali 60 V įtampa leidžia variklį integruoti į pagrindines 48 V elektros sistemas ir supaprastina priežiūros darbus.

Europos pagrindų reglamente 2002/24/EB pateiktose L7e keturračių motociklų specifikacijose nustatyta, kad kroviniams vežti naudojamų transporto priemonių svoris neviršija 600 kilogramų, neskaitant akumuliatorių svorio. Šioms transporto priemonėms leidžiama vežti ne daugiau kaip 200 kilogramų keleivių, ne daugiau kaip 1000 kilogramų krovinių ir ne daugiau kaip 15 kilovatų variklio galią. Paskirstyto apvijos metodu galima pasiekti 75–100 Nm sukimo momentą, o maksimali išėjimo galia – 20–25 kW, o nuolatinė galia – 15 kW.

 

Ašinio srauto problema slypi tame, kaip vario apvijos išsklaido šilumą, o tai sunku, nes šiluma turi praeiti per rotorių. Paskirstyta apvija yra raktas į šios problemos sprendimą, nes joje yra daug polių angų. Tokiu būdu tarp vario ir apvalkalo yra didesnis paviršiaus plotas, o šiluma gali būti perduota į išorę ir išleidžiama standartine skysčio aušinimo sistema.

Keli magnetiniai poliai yra labai svarbūs norint panaudoti sinusoidines bangų formas, kurios padeda sumažinti harmonikas. Šios harmonikos pasireiškia kaip magnetų ir šerdies įkaitimas, o vario komponentai negali pašalinti šilumos. Kai magnetuose ir geležies šerdyse kaupiasi šiluma, efektyvumas mažėja, todėl bangos formos ir šilumos kelio optimizavimas yra labai svarbus variklio veikimui.

Variklio konstrukcija buvo optimizuota siekiant sumažinti sąnaudas ir automatizuoti masinę gamybą. Presuotas korpuso žiedas nereikalauja sudėtingo mechaninio apdorojimo ir gali sumažinti medžiagų sąnaudas. Ritė gali būti tiesiogiai vyniojama, o vyniojimo proceso metu naudojamas sujungimo procesas, siekiant išlaikyti tinkamą surinkimo formą.

Svarbiausia, kad ritė pagaminta iš standartinės komercinės vielos, o geležinė šerdis laminuota standartiniu transformatoriniu plienu, kurį tereikia supjaustyti reikiama forma. Kitų konstrukcijų varikliams šerdies laminavimui reikalingos minkštos magnetinės medžiagos, kurios gali būti brangesnės.

Paskirstytų apvijų naudojimas reiškia, kad magnetinio plieno nereikia segmentuoti; jie gali būti paprastesnės formos ir lengviau gaminami. Magnetinio plieno dydžio sumažinimas ir jo gamybos paprastumo užtikrinimas daro didelę įtaką sąnaudų mažinimui.

Šio ašinio srauto variklio konstrukciją taip pat galima pritaikyti pagal kliento reikalavimus. Klientams sukuriamos individualios versijos, paremtos pagrindiniu dizainu. Tada jos gaminamos bandomojoje gamybos linijoje ankstyvam gamybos patikrinimui, o tai gali būti atkartota kitose gamyklose.

Pritaikymas daugiausia susijęs su tuo, kad transporto priemonės našumas priklauso ne tik nuo ašinio magnetinio srauto variklio konstrukcijos, bet ir nuo transporto priemonės konstrukcijos, akumuliatorių bloko ir BMS kokybės.


Įrašo laikas: 2023 m. rugsėjo 28 d.