Радиалды ағынды қозғалтқыштармен салыстырғанда, осьтік ағынды қозғалтқыштардың электромобильдерді жобалауда көптеген артықшылықтары бар. Мысалы, осьтік ағынды қозғалтқыштар қозғалтқышты осьтен дөңгелектердің ішіне жылжыту арқылы қозғалтқыштың дизайнын өзгерте алады.
1. Қуат осі
Осьтік ағынды қозғалтқыштарбарған сайын көбірек назар аударылуда (тартымдылық күшейе түсуде). Көптеген жылдар бойы бұл қозғалтқыш түрі элеваторлар мен ауылшаруашылық техникасы сияқты стационарлық қолданбаларда қолданылып келеді, бірақ соңғы онжылдықта көптеген әзірлеушілер бұл технологияны жетілдіру және оны электр мотоциклдеріне, әуежай кабиналарына, жүк көліктеріне, электр көліктеріне және тіпті ұшақтарға қолдану үшін жұмыс істеп келеді.
Дәстүрлі радиалды ағынды қозғалтқыштар салмақ пен құнды оңтайландыруда айтарлықтай жетістіктерге жеткен тұрақты магниттерді немесе асинхронды қозғалтқыштарды пайдаланады. Дегенмен, оларды дамытуды жалғастыруда көптеген қиындықтарға тап болады. Осьтік ағын, мүлдем басқа қозғалтқыш түрі, жақсы балама болуы мүмкін.
Радиалды қозғалтқыштармен салыстырғанда, осьтік ағынды тұрақты магнитті қозғалтқыштардың тиімді магниттік бетінің ауданы қозғалтқыш роторының сыртқы диаметрі емес, беті болып табылады. Сондықтан, қозғалтқыштың белгілі бір көлемінде осьтік ағынды тұрақты магнитті қозғалтқыштар әдетте үлкен айналу моментін қамтамасыз ете алады.
Осьтік ағынды қозғалтқыштарықшамдырақ; Радиалды қозғалтқыштармен салыстырғанда, қозғалтқыштың осьтік ұзындығы әлдеқайда қысқа. Ішкі доңғалақты қозғалтқыштар үшін бұл көбінесе шешуші фактор болып табылады. Осьтік қозғалтқыштардың ықшам құрылымы ұқсас радиалды қозғалтқыштарға қарағанда жоғары қуат тығыздығы мен айналу моментінің тығыздығын қамтамасыз етеді, осылайша өте жоғары жұмыс жылдамдықтарына қажеттілікті жояды.
Осьтік ағынды қозғалтқыштардың тиімділігі де өте жоғары, әдетте 96%-дан асады. Бұл қысқа, бір өлшемді ағын жолының арқасында, ол нарықтағы ең жақсы 2D радиалды ағынды қозғалтқыштармен салыстырғанда тиімділігі жағынан салыстырмалы немесе тіпті жоғары.
Қозғалтқыштың ұзындығы қысқа, әдетте 5-тен 8 есеге дейін қысқа, ал салмағы да 2-ден 5 есеге дейін азаяды. Бұл екі фактор электромобиль платформасын жасаушылардың таңдауын өзгертті.
2. Осьтік ағын технологиясы
үшін екі негізгі топология баросьтік ағынды қозғалтқыштарқос роторлы бір статор (кейде торус стиліндегі машиналар деп аталады) және бір роторлы қос статор.
Қазіргі уақытта тұрақты магнитті қозғалтқыштардың көпшілігі радиалды ағын топологиясын пайдаланады. Магниттік ағын тізбегі ротордағы тұрақты магниттен басталып, статордағы бірінші тіс арқылы өтеді, содан кейін статор бойымен радиалды түрде ағады. Содан кейін екінші тіс арқылы өтіп, ротордағы екінші магниттік болатқа жетеді. Қос роторлы осьтік ағын топологиясында ағын ілмегі бірінші магниттен басталып, статор тістері арқылы осьтік түрде өтеді және бірден екінші магнитке жетеді.
Бұл ағын жолы радиалды ағынды қозғалтқыштарға қарағанда әлдеқайда қысқа екенін білдіреді, бұл қозғалтқыш көлемінің азаюына, қуат тығыздығының жоғарылауына және бірдей қуатта тиімділіктің жоғарылауына әкеледі.
Магнит ағыны бірінші тіс арқылы өтіп, содан кейін статор арқылы келесі тіске оралып, магнитке жететін радиалды қозғалтқыш. Магнит ағыны екі өлшемді жолмен жүреді.
Осьтік магниттік ағын машинасының магниттік ағын жолы бір өлшемді, сондықтан түйіршікті электрлік болатты пайдалануға болады. Бұл болат ағынның өтуін жеңілдетеді, осылайша тиімділікті арттырады.
Радиалды ағынды қозғалтқыштар дәстүрлі түрде таратылған орамаларды пайдаланады, орама ұштарының жартысына дейін жұмыс істемейді. Ораманың асып кетуі қосымша салмаққа, шығынға, электр кедергісіне және жылудың көп жоғалуына әкеледі, бұл дизайнерлерді ораманың дизайнын жақсартуға мәжбүр етеді.
Орамның ұштарыосьтік ағынды қозғалтқыштарәлдеқайда аз, ал кейбір конструкцияларда толығымен тиімді шоғырланған немесе сегменттелген орама қолданылады. Сегменттелген статор радиалды машиналары үшін статордағы магниттік ағын жолының үзілуі қосымша шығындарға әкелуі мүмкін, бірақ осьтік ағынды қозғалтқыштар үшін бұл проблема емес. Катушка орамасының дизайны жеткізушілердің деңгейін ажыратудың кілті болып табылады.
3. Даму
Осьтік ағынды қозғалтқыштар жобалау мен өндіруде бірқатар күрделі қиындықтарға тап болады, олардың технологиялық артықшылықтарына қарамастан, олардың құны радиалды қозғалтқыштарға қарағанда әлдеқайда жоғары. Адамдар радиалды қозғалтқыштарды өте жақсы түсінеді, өндіріс әдістері мен механикалық жабдықтар да оңай қолжетімді.
Осьтік ағынды қозғалтқыштардың негізгі қиындықтарының бірі - ротор мен статор арасында біркелкі ауа саңылауын сақтау, себебі магниттік күш радиалды қозғалтқыштарға қарағанда әлдеқайда үлкен, бұл біркелкі ауа саңылауын сақтауды қиындатады. Қос роторлы осьтік ағынды қозғалтқышта жылу тарату мәселелері де бар, себебі орама статордың тереңінде және екі ротор дискілерінің арасында орналасқан, бұл жылу таратуды өте қиындатады.
Осьтік ағынды қозғалтқыштарды жасау да көптеген себептерге байланысты қиын. Қос роторлы машинаны қамыт топологиясы бар қос роторлы машинаны пайдаланады (яғни, темір қамыт статордан алынып тасталады, бірақ темір тістер сақталады), қозғалтқыш диаметрі мен магнитін кеңейтпей, осы мәселелердің кейбірін шешеді.
Дегенмен, мойынтіректі алып тастау жаңа қиындықтар туғызады, мысалы, механикалық мойынтіректі қоспай жеке тістерді қалай бекіту және орналастыру керек. Салқындату да үлкен қиындық тудырады.
Ротор дискісі роторды тартатындықтан, роторды шығару және ауа саңылауын ұстап тұру да қиын. Артықшылығы - ротор дискілері білік сақинасы арқылы тікелей жалғанған, сондықтан күштер бір-бірін жоққа шығарады. Бұл ішкі мойынтірек бұл күштерге төтеп бере алмайтынын және оның жалғыз функциясы - статорды екі ротор дискісінің арасындағы ортаңғы қалыпта ұстау екенін білдіреді.
Қос статорлы бір роторлы қозғалтқыштар дөңгелек қозғалтқыштардың қиындықтарына тап болмайды, бірақ статордың дизайны әлдеқайда күрделі және автоматтандыруды жүзеге асыру қиын, сонымен қатар онымен байланысты шығындар да жоғары. Кез келген дәстүрлі радиалды ағынды қозғалтқыштан айырмашылығы, осьтік қозғалтқышты өндіру процестері мен механикалық жабдықтар жақында ғана пайда болды.
4. Электр көліктерін қолдану
Автокөлік өнеркәсібінде сенімділік өте маңызды және әртүрлі сенімділік пен беріктіктің дәлелі болып табыладыосьтік ағынды қозғалтқыштарөндірушілерді бұл қозғалтқыштардың жаппай өндіріске жарамды екеніне сендіру әрқашан қиындық тудырды. Бұл осьтік қозғалтқыш жеткізушілерін кең ауқымды валидация бағдарламаларын өз бетінше жүргізуге итермеледі, әрбір жеткізуші өз қозғалтқышының сенімділігі дәстүрлі радиалды ағынды қозғалтқыштардан еш айырмашылығы жоқ екенін көрсетті.
Тозуға қабілетті жалғыз компонентосьтік ағынды қозғалтқышмойынтіректер болып табылады. Осьтік магниттік ағынның ұзындығы салыстырмалы түрде қысқа, ал мойынтіректер орналасуы жақынырақ, әдетте сәл «өлшемнен асып түсетіндей» етіп жасалған. Бақытымызға орай, осьтік ағынды қозғалтқыштың ротор массасы кішірек және ротордың динамикалық білігінің төменгі жүктемелеріне төтеп бере алады. Сондықтан, мойынтіректерге түсетін нақты күш радиалды ағынды қозғалтқышқа қарағанда әлдеқайда аз.
Электронды ось - осьтік қозғалтқыштардың алғашқы қолданылуларының бірі. Жіңішке ені қозғалтқыш пен беріліс қорабын оське орналастыра алады. Гибридті қолданыстарда қозғалтқыштың қысқа осьтік ұзындығы өз кезегінде беріліс жүйесінің жалпы ұзындығын қысқартады.
Келесі қадам - осьтік қозғалтқышты дөңгелекке орнату. Осылайша, қуатты қозғалтқыштан дөңгелектерге тікелей беруге болады, бұл қозғалтқыштың тиімділігін арттырады. Трансмиссиялардың, дифференциалдардың және жетек біліктерінің жойылуына байланысты жүйенің күрделілігі де азайды.
Дегенмен, стандартты конфигурациялар әлі пайда болмаған сияқты. Әрбір түпнұсқа жабдық өндірушісі нақты конфигурацияларды зерттеп жатыр, себебі осьтік қозғалтқыштардың әртүрлі өлшемдері мен пішіндері электр көліктерінің дизайнын өзгерте алады. Радиалды қозғалтқыштармен салыстырғанда, осьтік қозғалтқыштардың қуат тығыздығы жоғары, бұл кішірек осьтік қозғалтқыштарды пайдалануға болатынын білдіреді. Бұл көлік платформалары үшін батарея блоктарын орналастыру сияқты жаңа дизайн нұсқаларын ұсынады.
4.1 Сегменттелген якорь
YASA (мойынтірексіз және сегменттелген якорь) қозғалтқыш топологиясы өндірістің күрделілігін азайтатын және автоматтандырылған жаппай өндіріске жарамды қос роторлы бір статорлы топологияның мысалы болып табылады. Бұл қозғалтқыштардың қуат тығыздығы 2000-нан 9000 айн/мин-ға дейінгі жылдамдықта 10 кВт/кг-ға дейін жетеді.
Арнайы контроллерді пайдалану арқылы ол қозғалтқышқа 200 кВА ток бере алады. Контроллердің көлемі шамамен 5 литр және салмағы 5,8 килограмм, оның ішінде диэлектрлік маймен салқындату арқылы термиялық басқару бар, ол осьтік ағынды қозғалтқыштарға, сондай-ақ индукциялық және радиалды ағынды қозғалтқыштарға жарамды.
Бұл электромобильдердің түпнұсқа жабдықтарын өндірушілер мен бірінші деңгейлі әзірлеушілерге қолданылуы мен бос орынға негізделген тиісті қозғалтқышты икемді түрде таңдауға мүмкіндік береді. Кішірек өлшемі мен салмағы көлікті жеңіл етеді және көбірек батареяларды пайдаланады, осылайша жүру қашықтығын арттырады.
5. Электрлік мотоциклдерді қолдану
Электр мотоциклдері мен квадроциклдер үшін кейбір компаниялар айнымалы токпен жұмыс істейтін осьтік ағынды қозғалтқыштарды жасап шығарды. Бұл көлік түрі үшін жиі қолданылатын дизайн - тұрақты ток щеткасына негізделген осьтік ағынды конструкциялар, ал жаңа өнім - айнымалы токпен жұмыс істейтін, толығымен тығыздалған щеткасыз конструкция.
Тұрақты және айнымалы ток қозғалтқыштарының катушкалары қозғалмайтын күйде қалады, бірақ қос роторлар айналмалы якорьдің орнына тұрақты магниттерді пайдаланады. Бұл әдістің артықшылығы - механикалық кері айналдыруды қажет етпейді.
Айнымалы токтың осьтік конструкциясында радиалды қозғалтқыштарға арналған стандартты үш фазалы айнымалы ток қозғалтқыш контроллерлері де қолданылуы мүмкін. Бұл шығындарды азайтуға көмектеседі, себебі контроллер жылдамдықты емес, айналу моментін басқарады. Контроллер 12 кГц немесе одан жоғары жиілікті қажет етеді, бұл мұндай құрылғылардың негізгі жиілігі.
Жоғары жиілік ораманың 20 мкГ төменгі индуктивтілігінен туындайды. Жиілік токтың толқындарын азайту және синусоидалы сигналдың мүмкіндігінше тегіс болуын қамтамасыз ету үшін токты басқара алады. Динамикалық тұрғыдан алғанда, бұл айналу моментінің жылдам өзгеруіне мүмкіндік беру арқылы қозғалтқышты тегіс басқаруға қол жеткізудің тамаша тәсілі.
Бұл конструкцияда таралған қос қабатты орама қолданылады, сондықтан магнит ағыны ротордан статор арқылы басқа роторға өте қысқа жолмен және жоғары тиімділікпен ағады.
Бұл дизайнның кілті - ол 60 В максималды кернеуде жұмыс істей алады және жоғары кернеулі жүйелерге жарамайды. Сондықтан оны электр мотоциклдері мен Renault Twizy сияқты L7e класты төрт доңғалақты көліктер үшін пайдалануға болады.
60 В максималды кернеу қозғалтқышты негізгі 48 В электр жүйелеріне біріктіруге мүмкіндік береді және техникалық қызмет көрсету жұмыстарын жеңілдетеді.
2002/24/EC Еуропалық негіздемелік ережесіндегі L7e төрт доңғалақты мотоциклінің сипаттамаларында жүк тасымалдау үшін пайдаланылатын көлік құралдарының салмағы, аккумуляторлардың салмағын есептемегенде, 600 килограмнан аспауы керек деп көрсетілген. Бұл көлік құралдарына 200 килограмнан аспайтын жолаушыларды, 1000 килограмнан аспайтын жүкті және 15 киловатт қозғалтқыш қуатын тасымалдауға рұқсат етіледі. Таратылған орама әдісі 75-100 Нм айналу моментін қамтамасыз ете алады, ең жоғары шығыс қуаты 20-25 кВт және үздіксіз қуаты 15 кВт.
Осьтік ағынның қиындығы мыс орамаларының жылуды қалай тарататынында жатыр, бұл қиын, себебі жылу ротор арқылы өтуі керек. Таратылған орама бұл мәселені шешудің кілті болып табылады, себебі оның көптеген полюстік ұяшықтары бар. Осылайша, мыс пен қабық арасында үлкен беткі аудан пайда болады, ал жылуды сыртқа беріп, стандартты сұйық салқындату жүйесі арқылы шығаруға болады.
Синусоидалы толқын формаларын пайдаланудың кілті - гармоникаларды азайтуға көмектесетін бірнеше магниттік полюстер. Бұл гармоникалар магниттер мен өзектің қызуы ретінде көрінеді, ал мыс компоненттері жылуды алып кете алмайды. Магниттер мен темір өзектерінде жылу жиналған кезде тиімділік төмендейді, сондықтан толқын формасы мен жылу жолын оңтайландыру қозғалтқыштың жұмысы үшін өте маңызды.
Қозғалтқыштың дизайны шығындарды азайту және автоматтандырылған жаппай өндіріске қол жеткізу үшін оңтайландырылған. Экструзияланған корпус сақинасы күрделі механикалық өңдеуді қажет етпейді және материал шығындарын азайта алады. Катушканы тікелей орауға болады және дұрыс құрастыру пішінін сақтау үшін орау процесі кезінде байланыстыру процесі қолданылады.
Негізгі мәселе - катушка стандартты коммерциялық қолжетімді сымнан жасалған, ал темір өзегі стандартты трансформаторлық болатпен ламинатталған, оны жай ғана пішінге келтіру керек. Басқа қозғалтқыш конструкциялары өзекті ламинаттау үшін жұмсақ магниттік материалдарды пайдалануды талап етеді, бұл қымбатырақ болуы мүмкін.
Таратылған орамаларды пайдалану магниттік болатты сегменттеудің қажеті жоқ дегенді білдіреді; олардың пішіндері қарапайым және өндіру оңайырақ болуы мүмкін. Магниттік болаттың өлшемін азайту және оны өндірудің қарапайымдылығын қамтамасыз ету шығындарды азайтуға айтарлықтай әсер етеді.
Бұл осьтік ағынды қозғалтқыштың дизайнын тұтынушы талаптарына сәйкес реттеуге болады. Тұтынушылар негізгі дизайн негізінде жасалған жеке нұсқаларын ұсынады. Содан кейін өндірісті ерте тексеру үшін сынақ өндіріс желісінде шығарылады, оны басқа зауыттарда қайталауға болады.
Теңшеу негізінен көлік құралының өнімділігі тек осьтік магниттік ағын қозғалтқышының дизайнына ғана емес, сонымен қатар көлік құралының құрылымының, батарея блогының және BMS сапасына да байланысты болғандықтан жүзеге асырылады.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 28 қыркүйек
