Двигатель с осевым потоком
Тип конструкции электродвигателя
Миниатюрный бесщеточный аксиальный двигатель постоянного тока , используемый в цифровом накопителе данных , демонстрирующий интеграцию с методами конструирования печатных плат. Ротор, показанный справа, намагничивается аксиально с чередующейся полярностью.

Двигатель с осевым потоком ( двигатель с осевым зазором или двигатель с плоским ротором ) представляет собой геометрию конструкции электродвигателя , в которой зазор между ротором и статором, а следовательно, и направление магнитного потока между ними, выровнены параллельно оси вращения, а не радиально, как в концентрической цилиндрической геометрии более распространенного двигателя с радиальным потоком . [1] [2] При геометрии с осевым потоком крутящий момент увеличивается пропорционально кубу диаметра ротора, тогда как при радиальном потоке увеличение происходит только квадратично. Двигатели с осевым потоком имеют большую магнитную поверхность и общую площадь поверхности (для охлаждения), чем двигатели с радиальным потоком для данного объема. [3]

Характеристики

  • Двигатель можно собрать на основе любой плоской конструкции, например, печатной платы, добавив катушки и подшипник.
  • Процесс намотки катушки и процесс соединения катушки и сердечника могут быть проще.
  • Поскольку катушки плоские, проще использовать прямоугольные медные полосы, что упрощает создание сильноточных обмоток.
  • Часто ротор можно значительно облегчить.
  • Потенциально более короткая длина магнитного пути.
  • Большинство конструктивных элементов являются плоскими и могут быть изготовлены без специального литья или оснастки.
  • Поскольку магнитный путь через обмотки прямой, можно легко использовать электротехническую сталь с ориентированной зернистостью , обеспечивающую более высокую проницаемость и меньшие потери в сердечнике. [4]
  • Ротор, как правило, намного шире, что приводит к увеличению инерции вращения , а более высокие центробежные силы могут снизить максимальную скорость вращения.
  • Неравномерное распределение потока из-за клиновидных сегментов.
  • Сегменты сужаются к центру, оставляя меньше места для размещения обмоток и соединений.

Дизайн

АСМ могут использовать один или два ротора или один или два статора. Конструкция с двумя статорами/одним ротором более распространена в приложениях высокой мощности, хотя для нее требуется ярмо (корпус) с сопутствующими потерями в железе. Конструкции с одним статором/двумя роторами могут обойтись без ярма, что экономит его вес и повышает эффективность. В последнем случае роторы и их железные пластины, которые замыкают поток, движутся в том же направлении/скорости, что и магнитное поле. [5]

В одном примере, зерноориентированная сталь (30Q120) использовалась для изготовления зуба статора для асинхронного двигателя. Он использовал 18 зубцов между двумя роторами. Каждый зуб статора был намотан катушками, соединенными последовательно, по 6 на каждую фазу. Магнитный потенциал складывается из магнитного потенциала воздушного зазора, магнитного потенциала зубца статора и магнитного потенциала ярма и зубца ротора. [6] [3]

Некоторые АСМ можно легко сложить, чтобы обеспечить более высокую выходную мощность в модульном виде. [3] 37-килограммовый складываемый двигатель YASA 750 R обеспечивает >5 кВт/кг при осевой длине 98 мм (3,9 дюйма). [7]

Использует

Хотя эта геометрия использовалась с момента разработки первых электромагнитных двигателей, она применялась редко до тех пор, пока не стали широко доступны сильные постоянные магниты и не появились бесщеточные двигатели постоянного тока , которые могли лучше использовать преимущества этой геометрии.

Осевая геометрия может применяться практически к любому принципу работы (например, щеточный DC , индукционный , шаговый , реактивный ), который может использоваться в радиальном двигателе. Даже в пределах одного и того же электрического принципа работы различные аспекты применения и конструкции могут сделать одну геометрию более подходящей, чем другая. Осевая геометрия допускает некоторые магнитные топологии, которые были бы непрактичны в радиальной геометрии. Осевые двигатели, как правило, короче и шире, чем эквивалентный радиальный двигатель.

Аксиальные двигатели обычно используются для маломощных приложений, особенно в тесно интегрированной электронике, поскольку двигатель может быть построен непосредственно на печатной плате (PCB) и может использовать дорожки PCB в качестве обмоток статора. Высокомощные бесщеточные аксиальные двигатели появились позже, но начинают использоваться в некоторых электромобилях. [8] Одним из самых долго производимых аксиальных двигателей является щеточный двигатель постоянного тока Lynch , в котором ротор почти полностью состоит из плоских медных полос с небольшими вставленными железными сердечниками, что обеспечивает работу с высокой плотностью мощности.

Автомобильный

Дочерняя компания Mercedes-Benz YASA (Yokeless and Segmented Armature) производит AFM, которые приводили в действие различные концепты ( Jaguar C-X75 ), прототипы и гоночные автомобили. Он также использовался в Koenigsegg Regera , Ferrari SF90 Stradale и S96GTB , гибриде Lamborghini Revuelto и Lola-Drayson. [9] Компания изучает возможность размещения двигателей внутри колес, учитывая, что низкая масса AFM не приводит к чрезмерному увеличению неподрессоренной массы автомобиля . [10] YASA нацелена на двигатели, которые выдают 220 кВт в упаковке весом 7 кг, или 31 кВт/кг. Напротив, современный двигатель EV от Lucid Motors предлагает двигатель мощностью 500 кВт, весом 31,4 кг или 16 кВт/кг. [11]

Авиация

Rolls -Royce ACCEL , обладатель текущего мирового рекорда скорости для электрических самолетов, использует три осевых двигателя. [12]

YASA производит AFM для 3-моторного Rolls Royce Spirit of Innovation. Их цель — авиационные двигатели, которые выдают 50 кВт/кг, чтобы обеспечить существенное снижение веса, необходимое для обеспечения полета на электричестве. [11]

Общего назначения

Emrax выпускает линейку двигателей с осевым потоком: Emrax 228 (плотность мощности 4,58 кВт/кг), Emrax 268 (5,02 кВт/кг) и Emrax 348 (4,87 кВт/кг). [13]

Siemens предлагает двигатель 5 кВт/кг. [14]

Ссылки

  1. ^ Парвиайнен, Аско (апрель 2005 г.). «Проектирование низкоскоростных машин с постоянными магнитами и аксиальным потоком и сравнение производительности машин с радиальным и аксиальным потоком» (PDF) . MIT .
  2. ^ EP2773023A1, Вулмер, Тимоти; Кинг, Чарльз и Ист, Марк и др., «Двигатель с осевым потоком», выпущено 03.09.2014 
  3. ^ abc "Технология Axial Flux". AXYAL Propulsion . Получено 2024-04-03 .
  4. ^ "Машины с постоянными магнитами с осевым и радиальным потоком — в чем разница?". Блог EMWorks . 2020-10-12 . Получено 2022-04-08 .
  5. ^ "Двухроторный или двухстаторный: вопрос эффективности". traxis.com . 2021-08-28 . Получено 2024-03-31 .
  6. ^ Хуан, Пинлинь; Ли, Ханг; Ян, Чэнь (февраль 2021 г.). «Аксиальный индукционный двигатель без ярма для электромобилей на основе кремниевой стали с ориентированной зернистостью». Журнал физики: Серия конференций . 1815 (1): 012042. Bibcode : 2021JPhCS1815a2042H. doi : 10.1088/1742-6596/1815/1/012042 . ISSN  1742-6596.
  7. ^ "Паспорт продукции электродвигателей 750 R" (PDF) .
  8. ^ Moreels, Daan; Leijnen, Peter (30 сентября 2019 г.). «Этот вывернутый наизнанку двигатель для электромобилей обладает высокой плотностью мощности и (наконец-то) практичен». IEEE . Получено 2 августа 2020 г.
  9. ^ "О YASA | История двигателей YASA Axial Flux | YASA Ltd". YASA Limited . Получено 2024-04-04 .
  10. ^ "YASA и Mercedes Benz | Сообщение от нашего председателя | YASA Ltd". YASA Limited . Получено 2024-04-04 .
  11. ^ Оливер, Бен. «Инновационный электродвигатель, используемый Lamborghini, McLaren и Ferrari, массово производится Mercedes». Wired . ISSN  1059-1028 . Получено 13.05.2024 .
  12. ^ «Электрические самолеты НАКОНЕЦ-ТО здесь, и они бьют рекорды!». YouTube . 16 мая 2023 г.
  13. ^ "348 (400 кВт | 1000 Нм)". EMRAX . Получено 2024-03-31 .
  14. ^ "Siemens и Emrax заявляют о лучшем соотношении мощности к весу для электродвигателей в диапазоне от 5 до 10 киловатт на кг | NextBigFuture.com". 2015-04-20 . Получено 2024-03-31 .
  • Хуан, Пинлинь; Ли, Ханг; Ян, Чэнь (февраль 2021 г.). «Аксиальный индукционный двигатель без ярма для электромобилей на основе кремниевой стали с ориентированной зернистостью». Журнал физики: Серия конференций . 1815 (1): 012042. Bibcode : 2021JPhCS1815a2042H. doi : 10.1088/1742-6596/1815/1/012042 . ISSN  1742-6596.
  • Таран, Наргес; Хайнс, Грег; Раллабанди, Вандана; Паттерсон, Дин; Ионел, Дэн М. (сентябрь 2019 г.). «Систематическое сравнение двух топологий PM-машин с аксиальным потоком: безярмовая и сегментированная арматура по сравнению с односторонней». Конгресс и выставка IEEE по преобразованию энергии (ECCE) 2019 г. IEEE. стр.  4477– 4482. doi : 10.1109/ECCE.2019.8913104. ISBN 978-1-7281-0395-2. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Axial_flux_motor&oldid=1259059637"