Palyginti su radialinio srauto varikliais, ašiniai srauto varikliai turi daug privalumų kuriant elektromobilius. Pavyzdžiui, ašiniai srauto varikliai gali pakeisti jėgos pavaros konstrukciją, perkeldami variklį nuo ašies į ratų vidų.
1.Jėgos ašis
Ašiniai srauto varikliaisulaukia vis didesnio dėmesio (įgyja trauką). Daugelį metų šio tipo varikliai buvo naudojami stacionariuose įrenginiuose, pvz., liftuose ir žemės ūkio technikoje, tačiau per pastarąjį dešimtmetį daugelis kūrėjų stengėsi patobulinti šią technologiją ir pritaikyti ją elektriniams motociklams, oro uosto antgaliams, krovininiams sunkvežimiams, elektriniams. transporto priemones ir net lėktuvus.
Tradiciniuose radialinio srauto varikliuose naudojami nuolatiniai magnetai arba indukciniai varikliai, kurie padarė didelę pažangą optimizuodami svorį ir kainą. Tačiau toliau vystydami jie susiduria su daugybe sunkumų. Ašinis srautas, visiškai kitokio tipo variklis, gali būti gera alternatyva.
Palyginti su radialiniais varikliais, ašinio srauto nuolatinių magnetų variklių efektyvusis magnetinio paviršiaus plotas yra variklio rotoriaus paviršius, o ne išorinis skersmuo. Todėl tam tikro variklio tūrio ašinio srauto nuolatinio magneto varikliai paprastai gali užtikrinti didesnį sukimo momentą.
Ašiniai srauto varikliaiyra kompaktiškesni; Palyginti su radialiniais varikliais, variklio ašinis ilgis yra daug trumpesnis. Vidiniams ratų varikliams tai dažnai yra lemiamas veiksnys. Kompaktiška ašinių variklių struktūra užtikrina didesnį galios tankį ir sukimo momento tankį nei panašūs radialiniai varikliai, todėl nereikia itin didelių darbinių greičių.
Ašinių srauto variklių efektyvumas taip pat yra labai didelis, dažniausiai viršija 96%. Taip yra dėl trumpesnio, vieno matmens srauto kelio, kurio efektyvumas yra panašus arba net didesnis, palyginti su geriausiais 2D radialinio srauto varikliais rinkoje.
Variklio ilgis yra trumpesnis, dažniausiai 5–8 kartus trumpesnis, o svoris taip pat sumažėja 2–5 kartus. Šie du veiksniai pakeitė elektromobilių platformų dizainerių pasirinkimą.
2. Ašinio srauto technologija
Yra dvi pagrindinės topologijosašiniai srauto varikliai: dviejų rotorių vieno statoriaus (kartais vadinamos toro stiliaus mašinomis) ir vieno rotoriaus dviejų statorių.
Šiuo metu dauguma nuolatinių magnetų variklių naudoja radialinio srauto topologiją. Magnetinio srauto grandinė prasideda nuo nuolatinio magneto ant rotoriaus, praeina per pirmąjį statoriaus dantį, o tada teka radialiai išilgai statoriaus. Tada pereikite per antrąjį dantį, kad pasiektumėte antrąjį magnetinį plieną ant rotoriaus. Dviejų rotorių ašinio srauto topologijoje srauto kilpa prasideda nuo pirmojo magneto, ašine kryptimi pereina per statoriaus dantis ir iš karto pasiekia antrąjį magnetą.
Tai reiškia, kad srauto kelias yra daug trumpesnis nei radialinio srauto variklių, todėl variklio tūris mažesnis, galios tankis didesnis ir efektyvumas esant tokiai pačiai galiai.
Radialinis variklis, kai magnetinis srautas praeina per pirmąjį dantį, o po to per statorių grįžta į kitą dantį, pasiekdamas magnetą. Magnetinis srautas eina dvimačiu keliu.
Ašinio magnetinio srauto mašinos magnetinio srauto kelias yra vienmatis, todėl galima naudoti grūdėtąjį elektrolitinį plieną. Dėl šio plieno srautas lengviau praeina, todėl padidėja efektyvumas.
Radialinio srauto varikliuose tradiciškai naudojamos paskirstytos apvijos, kurių neveikia iki pusės apvijų galų. Dėl ritės iškyšos padidės svoris, kaina, elektrinė varža ir daugiau šilumos nuostolių, todėl dizaineriai bus priversti tobulinti apvijų konstrukciją.
Ritės galaiašiniai srauto varikliaiyra daug mažiau, o kai kuriose konstrukcijose naudojamos koncentruotos arba segmentuotos apvijos, kurios yra visiškai veiksmingos. Segmentuotų statoriaus radialinių mašinų magnetinio srauto kelio plyšimas statoriuje gali atnešti papildomų nuostolių, tačiau ašinio srauto varikliams tai nėra problema. Ritės apvijos konstrukcija yra raktas į tiekėjų lygį atskirti.
3. Vystymasis
Ašiniai srauto varikliai susiduria su rimtais projektavimo ir gamybos iššūkiais, nepaisant jų technologinių pranašumų, jų sąnaudos yra daug didesnės nei radialinių variklių. Žmonės labai gerai išmano radialinius variklius, taip pat yra lengvai prieinami gamybos metodai ir mechaninė įranga.
Vienas iš pagrindinių ašinių 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 ašinio srauto variklis taip pat turi problemų dėl šilumos išsklaidymo, nes apvija yra giliai statoriaus viduje ir tarp dviejų rotoriaus diskų, todėl labai sunku išsklaidyti šilumą.
Ašinius srauto variklius taip pat sunku gaminti dėl daugelio priežasčių. Dviejų rotorių mašina, naudojanti dviejų rotorių mašiną su jungų topologija (ty nuimant geležinį jungą iš statoriaus, bet išlaikant geležinius dantis), kai kurias iš šių problemų įveikia nedidinant variklio skersmens ir magneto.
Tačiau jungo nuėmimas kelia naujų iššūkių, pavyzdžiui, kaip pritvirtinti ir išdėstyti atskirus dantis be mechaninio jungo jungties. Aušinimas taip pat yra didesnis iššūkis.
Taip pat sunku pagaminti rotorių ir išlaikyti oro tarpą, nes rotoriaus diskas pritraukia rotorių. Privalumas yra tai, kad rotoriaus diskai yra tiesiogiai sujungti per veleno žiedą, todėl jėgos panaikina viena kitą. Tai reiškia, kad vidinis guolis neatlaiko šių jėgų, o vienintelė jo funkcija yra išlaikyti statorių vidurinėje padėtyje tarp dviejų rotoriaus diskų.
Dvigubo statoriaus vieno rotoriaus varikliai nesusiduria su apskritų 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 visai neseniai.
4. Elektromobilių taikymas
Patikimumas yra labai svarbus automobilių pramonėje ir įrodo skirtingų patikimumą ir tvirtumąašiniai srauto varikliaiĮtikinti gamintojus, kad šie varikliai tinka masinei gamybai, visada buvo iššūkis. Tai paskatino ašinių variklių tiekėjus savarankiškai vykdyti išsamias patvirtinimo programas, o kiekvienas tiekėjas įrodė, kad jų variklių patikimumas nesiskiria nuo tradicinių radialinio srauto variklių.
Vienintelis komponentas, kuris gali susidėvėtiašinio srauto variklisyra guoliai. Ašinio magnetinio srauto ilgis yra palyginti trumpas, o guolių padėtis yra artimesnė, paprastai suprojektuota taip, kad būtų šiek tiek „perdengta“. Laimei, ašinio srauto variklis turi mažesnę rotoriaus masę ir gali atlaikyti mažesnes rotoriaus veleno apkrovas. Todėl tikroji jėga, veikianti guolius, yra daug mažesnė nei radialinio srauto variklio.
Elektroninė ašis yra vienas iš pirmųjų ašinių variklių pritaikymo būdų. Plonesnis plotis gali uždengti variklį ir pavarų dėžę ašyje. Hibridiniuose įrenginiuose dėl trumpesnio ašinio variklio ilgio sutrumpėja bendras perdavimo sistemos ilgis.
Kitas žingsnis yra ašinio variklio montavimas ant rato. Tokiu būdu galia gali būti tiesiogiai perduodama iš variklio į ratus, pagerinant variklio efektyvumą. Atsisakius transmisijų, diferencialų ir kardaninių velenų, sistemos sudėtingumas taip pat sumažėjo.
Tačiau panašu, kad standartinės konfigūracijos dar nepasirodė. Kiekvienas originalios įrangos gamintojas tiria konkrečias konfigūracijas, nes skirtingi ašinių variklių dydžiai ir formos gali pakeisti elektromobilių dizainą. 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 dizaino parinkčių, pavyzdžiui, akumuliatorių blokų išdėstymo.
4.1 Segmentinė armatūra
„Yokeless and Segmented Armature“ variklių topologija YASA yra dviejų rotorių vieno statoriaus topologijos pavyzdys, kuris sumažina gamybos sudėtingumą ir tinka automatizuotai masinei gamybai. Šių variklių galios tankis yra iki 10 kW/kg esant 2000–9000 aps./min. greičiui.
Naudojant specialų valdiklį, jis gali tiekti 200 kVA srovę varikliui. Valdiklis yra maždaug 5 litrų tūrio ir sveria 5,8 kilogramo, įskaitant šilumos valdymą su dielektriniu alyvos aušinimu, tinka ašiniams srauto varikliams, taip pat indukciniams ir radialiniams srauto varikliams.
Tai leidžia elektromobilių originalios įrangos gamintojams ir pirmosios pakopos kūrėjams lanksčiai pasirinkti tinkamą variklį pagal pritaikymą ir turimą erdvę. Dėl mažesnio dydžio ir svorio transporto priemonė yra lengvesnė ir turi daugiau baterijų, o tai padidina asortimentą.
5. Elektrinių motociklų pritaikymas
Kai kurios įmonės sukūrė kintamosios srovės ašinio srauto variklius elektriniams motociklams ir keturračiams. Dažniausiai šio tipo transporto priemonėms naudojama DC šepečių ašinio srauto konstrukcija, o naujasis produktas yra kintamos srovės, visiškai sandarus bešepetėlis.
Tiek nuolatinės, tiek kintamosios srovės variklių ritės lieka nejudančios, tačiau dvigubuose rotoriuose vietoj besisukančių armatūros naudojami nuolatiniai magnetai. Šio metodo privalumas yra tai, kad jam nereikia mechaninio atbulinės eigos.
Kintamosios srovės ašinė konstrukcija taip pat gali naudoti standartinius trifazius kintamosios srovės variklių valdiklius radialiniams varikliams. Tai padeda sumažinti išlaidas, nes valdiklis valdo sukimo momento srovę, o ne greitį. Valdikliui reikalingas 12 kHz ar didesnis dažnis, kuris yra pagrindinis tokių įrenginių dažnis.
Didesnis dažnis atsiranda dėl mažesnės 20 µH apvijos induktyvumo. Dažnis gali valdyti srovę, kad būtų sumažintas srovės pulsavimas ir būtų užtikrintas kuo sklandesnis sinusinis signalas. Žvelgiant iš dinaminės perspektyvos, tai puikus būdas pasiekti sklandesnį variklio valdymą, leidžiant greitai keisti sukimo momentą.
Šioje konstrukcijoje naudojama paskirstyta dvisluoksnė apvija, todėl magnetinis srautas iš rotoriaus į kitą rotorių teka 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 jis gali būti naudojamas elektriniams motociklams ir L7e klasės keturračiams transporto priemonėms, tokioms kaip Renault Twizy.
Maksimali 60 V įtampa leidžia variklį integruoti į pagrindines 48 V elektros sistemas ir supaprastina priežiūros darbus.
L7e keturių ratų motociklų specifikacijos Europos pagrindų reglamente 2002/24/EB numato, kad kroviniams vežti naudojamų transporto priemonių svoris neviršija 600 kilogramų, neįskaitant akumuliatorių svorio. Šiomis transporto priemonėmis leidžiama vežti ne daugiau kaip 200 kilogramų keleivių, ne daugiau kaip 1000 kilogramų krovinių ir ne daugiau kaip 15 kilovatų variklio galios. Paskirstytosios apvijos metodas gali užtikrinti 75–100 Nm sukimo momentą, o didžiausia išėjimo galia – 20–25 kW, o nuolatinė – 15 kW.
Ašinio srauto iššūkis yra tai, kaip varinės apvijos išsklaido šilumą, o tai sunku, nes šiluma turi praeiti pro rotorių. Paskirstyta apvija yra raktas į šios problemos sprendimą, nes joje yra daug polių lizdų. Tokiu būdu tarp vario ir korpuso yra didesnis paviršiaus plotas, o šiluma gali būti perduodama į išorę ir išleidžiama standartine skysčio aušinimo sistema.
Keli magnetiniai poliai yra labai svarbūs norint panaudoti sinusoidines bangas, kurios padeda sumažinti harmonikas. Šios harmonikos pasireiškia kaip magnetų ir šerdies kaitinimas, o variniai komponentai negali nunešti šilumos. Kai šiluma kaupiasi magnetuose ir geležinėse šerdyse, efektyvumas mažėja, todėl variklio veikimui labai svarbu optimizuoti bangos formą ir šilumos kelią.
Variklio konstrukcija buvo optimizuota siekiant sumažinti išlaidas ir pasiekti automatizuotą masinę gamybą. Ekstruzinis korpuso žiedas nereikalauja sudėtingo mechaninio apdorojimo ir gali sumažinti medžiagų sąnaudas. Ritė gali būti suvyniota tiesiogiai, o vyniojimo metu naudojamas surišimo procesas, kad būtų išlaikyta teisinga surinkimo forma.
Svarbiausia yra tai, kad ritė yra pagaminta iš standartinės komercinės vielos, o geležies šerdis yra laminuota standartiniu lentynos transformatoriaus plienu, kurį tiesiog reikia supjaustyti į formą. Kitų variklių konstrukcijoms šerdies laminavimui reikia naudoti minkštas magnetines medžiagas, kurios gali būti brangesnės.
Paskirstytų apvijų naudojimas reiškia, kad magnetinio plieno nereikia segmentuoti; Jie gali būti paprastesnių formų ir lengviau gaminami. Magnetinio plieno dydžio sumažinimas ir jo gamybos paprastumo užtikrinimas turi didelę įtaką sąnaudų mažinimui.
Šio ašinio srauto variklio konstrukcija taip pat gali būti pritaikyta pagal klientų poreikius. Klientai turi pritaikytas versijas, sukurtas atsižvelgiant į pagrindinį dizainą. Tada gaminama bandomojoje gamybos linijoje ankstyvam gamybos patikrinimui, kurią galima pakartoti kitose gamyklose.
Pritaikymas daugiausia susijęs su tuo, kad transporto priemonės veikimas priklauso ne tik nuo ašinio magnetinio srauto variklio konstrukcijos, bet ir nuo transporto priemonės konstrukcijos, akumuliatoriaus paketo ir BMS kokybės.
Paskelbimo laikas: 2023-09-28
