Fluxu erradialdun motorrekin alderatuta, fluxu axialdun motorrek abantaila asko dituzte ibilgailu elektrikoen diseinuan. Adibidez, fluxu axialdun motorrek potentzia-trenaren diseinua alda dezakete motorra ardatzetik gurpilen barrualdera mugituz.
1. Botere ardatza
Ardatz-fluxuko motorrakgero eta arreta handiagoa jasotzen ari dira (trakzioa irabazten dute). Urte askotan zehar, motor mota hau aplikazio geldikorretan erabili izan da, hala nola igogailuetan eta nekazaritzako makinetan, baina azken hamarkadan, garatzaile asko aritu dira teknologia hau hobetzen eta motozikleta elektrikoetan, aireportuko pod-etan, zama-kamioietan, ibilgailu elektrikoetan eta baita hegazkinetan ere aplikatzen.
Erradial fluxuko motor tradizionalek iman iraunkorrak edo indukziozko motorrak erabiltzen dituzte, eta horiek aurrerapen handiak egin dituzte pisua eta kostua optimizatzeko. Hala ere, zailtasun asko dituzte garatzen jarraitzeko. Ardatz-fluxua, motor mota guztiz desberdina, alternatiba ona izan daiteke.
Motor erradialekin alderatuta, fluxu axialeko iman iraunkorreko motorren azalera magnetiko eraginkorra motorraren errotorearen azalera da, ez kanpoko diametroa. Beraz, motorraren bolumen jakin batean, fluxu axialeko iman iraunkorreko motorrek momentu handiagoa eman dezakete normalean.
Ardatz-fluxuko motorraktrinkoagoak dira; Motor erradialekin alderatuta, motorraren ardatz-luzera askoz laburragoa da. Barne-gurpileko motorrentzat, hau askotan faktore erabakigarria da. Motor axialen egitura trinkoak potentzia-dentsitate eta momentu-dentsitate handiagoa bermatzen du antzeko motor erradialekin alderatuta, eta horrela, funtzionamendu-abiadura oso altuak ezabatzen dira.
Fluxu axialeko motorren eraginkortasuna ere oso altua da, normalean % 96tik gorakoa. Hori fluxu-bide laburrago eta unidimentsionalari esker da, merkatuko 2D fluxu erradialeko motor onenekin alderatuta eraginkortasunean parekoa edo are handiagoa baita.
Motorraren luzera laburragoa da, normalean 5-8 aldiz laburragoa, eta pisua ere 2-5 aldiz murrizten da. Bi faktore hauek ibilgailu elektrikoen plataforma diseinatzaileen aukera aldatu dute.
2. Ardatz-fluxuaren teknologia
Bi topologia nagusi daudefluxu axialeko motorrak: errotore bikoitzeko estatore bakarra (batzuetan torus estiloko makinak bezala ezagutzen dira) eta errotore bakarreko estatore bikoitza.
Gaur egun, iman iraunkorreko motor gehienek fluxu erradialaren topologia erabiltzen dute. Fluxu magnetikoaren zirkuitua errotorean dagoen iman iraunkor batekin hasten da, estatoreko lehen hortzetik igarotzen da eta gero erradialki isurtzen da estatorean zehar. Ondoren, bigarren hortzetik igarotzen da errotoreko bigarren altzairu magnetikora iristeko. Errotore bikoitzeko fluxu axialaren topologian, fluxu begizta lehen imanetik hasten da, estatoreko hortzetik igarotzen da axialki eta berehala iristen da bigarren imanera.
Horrek esan nahi du fluxu-bidea askoz laburragoa dela fluxu erradialdun motorrena baino, eta horren ondorioz motor-bolumen txikiagoak, potentzia-dentsitate handiagoa eta eraginkortasun handiagoa lortzen dira potentzia berarekin.
Motor erradial bat, non fluxu magnetikoa lehenengo hortzetik igarotzen den eta gero estatoretik hurrengo hortzera itzultzen den, imanera iritsiz. Fluxu magnetikoak bi dimentsioko bide bat jarraitzen du.
Makina magnetiko axial baten fluxu magnetikoaren bidea dimentsio bakarrekoa da, beraz, ale orientatuko altzairu elektrikoa erabil daiteke. Altzairu honek fluxua errazten du zeharkatzea, eta horrela eraginkortasuna hobetzen du.
Erradial fluxuko motorrek tradizionalki banatutako bobinak erabiltzen dituzte, bobinaren muturren erdiak ere funtzionatzen ez dutelarik. Bobinaren irtenguneak pisu, kostu, erresistentzia elektriko eta bero-galera gehiago ekarriko ditu, diseinatzaileak bobinaren diseinua hobetzera behartuz.
Bobinaren muturrak.fluxu axialeko motorrakaskoz gutxiago dira, eta diseinu batzuek bobina kontzentratuak edo segmentatuak erabiltzen dituzte, guztiz eraginkorrak direnak. Stator segmentatudun makina erradialetarako, estatoreko fluxu magnetikoaren bidearen hausturak galera gehigarriak ekar ditzake, baina fluxu axialeko motorretarako, hau ez da arazo bat. Bobinaren bobinaren diseinua da hornitzaileen maila bereizteko gakoa.
3. Garapena
Ardatz-fluxuko motorrek diseinu eta ekoizpenean erronka larriak dituzte, abantaila teknologikoak izan arren, haien kostuak motor erradialenak baino askoz handiagoak dira. Jendeak motor erradialen ulermen sakona du, eta fabrikazio-metodoak eta ekipamendu mekanikoak ere erraz eskuragarri daude.
Ardatz-fluxuko motorren erronka nagusietako bat errotorearen eta estatorearen arteko aire-tarte uniformea mantentzea da, indar magnetikoa motor erradialen artekoa baino askoz handiagoa baita, eta horrek zaildu egiten du aire-tarte uniformea mantentzea. Errotore bikoitzeko axial-fluxuko motorrak beroa xahutzeko arazoak ere baditu, harilkatzea estatorearen barruan eta bi errotore-diskoen artean kokatuta baitago, eta horrek beroa xahutzea oso zaildu egiten du.
Ardatz-fluxuko motorrak zailak dira fabrikatzen hainbat arrazoirengatik. Uztarri-topologia duen errotore bikoitzeko makinak (hau da, estatoretik burdinazko uztarria kenduz baina burdinazko hortzak mantenduz) arazo horietako batzuk gainditzen ditu motorraren diametroa eta imanaren hedapenik gabe.
Hala ere, uztarria kentzeak erronka berriak dakartza, hala nola, hortzak banaka nola konpondu eta kokatu uztarriaren konexio mekanikorik gabe. Hoztea ere erronka handiagoa da.
Zaila da, halaber, errotorea ekoiztea eta aire-tartea mantentzea, errotore-diskoak errotorea erakartzen baitu. Abantaila da errotore-diskoak zuzenean lotuta daudela ardatz-eraztun baten bidez, beraz, indarrak elkar ezeztatzen dira. Horrek esan nahi du barneko errodamenduak ez dituela indar horiek jasaten, eta bere funtzio bakarra estatorea bi errotore-diskoen arteko erdiko posizioan mantentzea dela.
Estadore bikoitzeko errotore bakarreko motorrek ez dituzte motor zirkularrek dituzten erronkei aurre egin behar, baina estadorearen diseinua askoz konplexuagoa eta zailagoa da automatizazioa lortzeko, eta horrekin lotutako kostuak ere handiak dira. Edozein motor erradial tradizionalen aldean, motor axialen fabrikazio-prozesuak eta ekipamendu mekanikoak duela gutxi sortu dira.
4. Ibilgailu elektrikoen aplikazioa
Fidagarritasuna funtsezkoa da automobilgintzan, eta desberdinen fidagarritasuna eta sendotasuna frogatzeafluxu axialeko motorrakBeti izan da erronka bat fabrikatzaileak konbentzitzea motor hauek ekoizpen masiborako egokiak direla. Horrek bultzatu ditu motor axialen hornitzaileak beren kabuz balidazio programa zabalak egitera, hornitzaile bakoitzak erakutsiz beren motorraren fidagarritasuna ez dela ohiko fluxu erradial motorren aldean desberdina.
batean higatu daitekeen osagai bakarrafluxu axialeko motorraerrodamenduak dira. Ardatz-fluxu magnetikoaren luzera nahiko laburra da, eta errodamenduen posizioa hurbilagoa da, normalean zertxobait "gaindimentsionatuta" egoteko diseinatuta. Zorionez, axial-fluxuko motorrak errotore-masa txikiagoa du eta errotorearen ardatz-karga dinamiko txikiagoak jasan ditzake. Beraz, errodamenduei aplikatzen zaien benetako indarra askoz txikiagoa da erradial-fluxuko motorrarena baino.
Ardatz elektronikoa motor axialen lehen aplikazioetako bat da. Zabalera txikiagoak motorra eta engranaje-kutxa ardatzean kapsulatu ditzake. Aplikazio hibridoetan, motorraren ardatz-luzera laburragoak transmisio-sistemaren luzera osoa laburtzen du.
Hurrengo urratsa motor axiala gurpilean instalatzea da. Horrela, potentzia zuzenean motorretik gurpiletara transmititu daiteke, motorraren eraginkortasuna hobetuz. Transmisioak, diferentzialak eta ardatzak ezabatuz, sistemaren konplexutasuna ere murriztu da.
Hala ere, badirudi konfigurazio estandarrak oraindik ez direla agertu. Jatorrizko ekipamenduen fabrikatzaile bakoitza konfigurazio espezifikoak ikertzen ari da, motor axialen tamaina eta forma desberdinek ibilgailu elektrikoen diseinua alda baitezakete. Motor erradialekin alderatuta, motor axialek potentzia-dentsitate handiagoa dute, eta horrek esan nahi du motor axial txikiagoak erabil daitezkeela. Horrek diseinu-aukera berriak eskaintzen ditu ibilgailuen plataformetarako, hala nola bateria-paketeak kokatzeko modua.
4.1 Armadura segmentatua
YASA (Yokeless and Segmented Armature) motorraren topologia errotore bikoitzeko estatore bakarreko topologiaren adibide bat da, fabrikazio-konplexutasuna murrizten duena eta masa-ekoizpen automatizaturako egokia dena. Motor hauek 10 kW/kg-ko potentzia-dentsitatea dute 2000 eta 9000 bira/min arteko abiaduran.
Kontrolatzaile dedikatu bat erabiliz, 200 kVA-ko korrontea eman diezaioke motorrari. Kontrolatzaileak 5 litro inguruko bolumena du eta 5,8 kilogramo pisatzen du, kudeaketa termikoa olio dielektrikoarekin hozteko sistema barne, fluxu axialeko motorrentzat zein indukziozko eta fluxu erradialeko motorrentzat egokia.
Horri esker, ibilgailu elektrikoen jatorrizko ekipamenduen fabrikatzaileek eta lehen mailako garatzaileek malgutasunez aukeratu dezakete motor egokia aplikazioaren eta eskuragarri dagoen espazioaren arabera. Tamaina eta pisu txikiagoak ibilgailua arinagoa egiten dute eta bateria gehiago ditu, eta horrela, autonomia handitu egiten da.
5. Motozikleta elektrikoen aplikazioa
Motozikleta elektriko eta ATVetarako, enpresa batzuek AC fluxu axialeko motorrak garatu dituzte. Ibilgailu mota honetarako ohiko diseinua DC eskuiletan oinarritutako fluxu axialeko diseinuak dira, eta produktu berria AC diseinu guztiz zigilatua da, eskuilarik gabekoa.
Bai korronte zuzeneko bai korronte alternoko motorren bobinak geldirik daude, baina errotore bikoitzek iman iraunkorrak erabiltzen dituzte biraketa-armaduraren ordez. Metodo honen abantaila da ez duela alderantzikapen mekanikorik behar.
Korronte alternoko diseinu axialak motor erradialetarako hiru faseko korronte alternoko motor-kontrolagailu estandarrak ere erabil ditzake. Horrek kostuak murrizten laguntzen du, kontrolagailuak momentuaren korrontea kontrolatzen baitu, ez abiadura. Kontrolagailuak 12 kHz-ko edo handiagoa den maiztasuna behar du, hau baita gailu horien maiztasun nagusia.
Maiztasun handiagoa 20 µH-ko harilkatze-induktantzia txikiagoari zor zaio. Maiztasunak korrontea kontrola dezake korronte-uhinak minimizatzeko eta seinale sinusoidal ahalik eta leunena bermatzeko. Ikuspegi dinamiko batetik, hau modu bikaina da motorraren kontrol leunagoa lortzeko, momentu-aldaketa azkarrak ahalbidetuz.
Diseinu honek geruza bikoitzeko harilkatzea erabiltzen du, beraz, fluxu magnetikoa errotoretik beste errotore batera isurtzen da estatorearen bidez, bide oso laburrarekin eta eraginkortasun handiagoarekin.
Diseinu honen gakoa da gehienez 60 V-ko tentsioan funtziona dezakeela eta ez dela egokia tentsio handiko sistemetarako. Beraz, motozikleta elektrikoetarako eta Renault Twizy bezalako L7e klaseko lau gurpileko ibilgailuetarako erabil daiteke.
60 V-ko gehienezko tentsioak motorra 48 V-ko sistema elektriko nagusietan integratzea ahalbidetzen du eta mantentze-lanak errazten ditu.
2002/24/EE Europako Esparru Erregelamenduko L7e lau gurpileko motozikleten zehaztapenek xedatzen dute salgaiak garraiatzeko erabiltzen diren ibilgailuen pisuak ez duela 600 kilogramo baino gehiago izango, baterien pisua kontuan hartu gabe. Ibilgailu hauek gehienez 200 kilogramo bidaiari, gehienez 1000 kilogramo zama eta gehienez 15 kilowatt-eko motorraren potentzia eraman ditzakete. Banatutako bobinatze-metodoak 75-100 Nm-ko momentua eman dezake, 20-25 kW-ko irteera-potentzia maximoarekin eta 15 kW-ko potentzia jarraituarekin.
Ardatz-fluxuaren erronka kobrezko harilkatzeak beroa nola xahutzen duten datza, eta hori zaila da, beroa errotoretik igaro behar baita. Banatutako harilkatzea da arazo hau konpontzeko gakoa, polo-zirrikitu ugari baititu. Horrela, azalera handiagoa dago kobrearen eta oskolaren artean, eta beroa kanpora transferitu eta hozte-sistema likido estandar baten bidez askatu daiteke.
Polo magnetiko anitzak funtsezkoak dira uhin sinusoidalak erabiltzeko, harmonikoak murrizten laguntzen baitute. Harmoniko hauek imanen eta nukleoaren berotzean agertzen dira, kobrezko osagaiek, berriz, ezin dute beroa eraman. Beroa imanetan eta burdinazko nukleoetan pilatzen denean, eraginkortasuna gutxitzen da, eta horregatik funtsezkoa da uhin-forma eta bero-bidea optimizatzea motorraren errendimendurako.
Motorraren diseinua optimizatu da kostuak murrizteko eta ekoizpen masibo automatizatua lortzeko. Estrusio bidezko karkasa-eraztun batek ez du prozesatze mekaniko konplexurik behar eta materialen kostuak murriztu ditzake. Bobina zuzenean bildu daiteke eta lotura-prozesu bat erabiltzen da bilduketa-prozesuan zehar muntaketa-forma zuzena mantentzeko.
Garrantzitsuena da bobina merkatuan eskuragarri dagoen alanbre estandarrarekin egina dagoela, eta burdinazko nukleoa, berriz, altzairu estandarrez laminatua dagoela, eta hori forma eman besterik ez dela behar. Beste motor-diseinu batzuek material magnetiko bigunak erabiltzea eskatzen dute nukleoaren laminazioan, eta hori garestiagoa izan daiteke.
Harilkatze banatuak erabiltzeak esan nahi du altzairu magnetikoa ez dela segmentatu beharrik; forma sinpleagoak eta fabrikatzeko errazagoak izan daitezke. Altzairu magnetikoaren tamaina murrizteak eta fabrikatzeko erraztasuna bermatzeak eragin handia du kostuak murrizteko.
Ardatz-fluxuko motor honen diseinua bezeroen eskakizunen arabera pertsonaliza daiteke. Bezeroek oinarrizko diseinuaren inguruan garatutako bertsio pertsonalizatuak dituzte. Ondoren, proba-ekoizpen lerro batean fabrikatzen dira ekoizpenaren hasierako egiaztapenerako, eta beste lantegi batzuetan errepikatu daitezke.
Pertsonalizazioa batez ere ibilgailuaren errendimendua ez dagoelako soilik fluxu magnetiko axialeko motorraren diseinuaren araberakoa, baizik eta ibilgailuaren egituraren, bateria-paketearen eta BMSaren kalitatearen araberakoa ere bada.
Argitaratze data: 2023ko irailaren 28a
