Fluxu erradialaren motorrekin alderatuta, fluxu axialaren motoreek abantaila ugari dituzte ibilgailu elektrikoen diseinuan. Esate baterako, fluxu axial-motorrek powertrainaren diseinua alda dezakete motorra ardatzetik gurpilen barrualdera eramanez.
1.Botere-ardatza
Fluxu axialeko motorrakgero eta arreta handiagoa jasotzen ari dira (trakzioa irabazi). Urte askotan, motor mota hau aplikazio geldikorretan erabili izan da, hala nola igogailuak eta nekazaritza-makineria, baina azken hamarkadan garatzaile asko teknologia hau hobetzeko lanean aritu dira eta moto elektrikoetan, aireportuetan, karga-kamioietan, elektrikoetan aplikatzen aritu dira. ibilgailuak, eta baita hegazkinak ere.
Fluxu erradialaren motor tradizionalek iman iraunkorrak edo indukziozko motorrak erabiltzen dituzte, pisua eta kostua optimizatzen aurrerapen handia lortu dutenak. Hala ere, zailtasun asko dituzte garatzen jarraitzeko. Fluxu axiala, 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. Hori dela eta, motorraren bolumen jakin batean, fluxu axialeko iman iraunkorreko motorrek normalean momentu handiagoa eman dezakete.
Fluxu axialeko motorraktrinkoagoak dira; Motor erradialekin alderatuta, motorren luzera axiala askoz laburragoa da. Barneko gurpilen motorretan, faktore erabakigarria izan ohi da. Motor axialen egitura trinkoak potentzia-dentsitate eta momentu-dentsitate handiagoak bermatzen ditu antzeko motor erradialak baino, horrela funtzionamendu-abiadura oso altuen beharra ezabatuz.
Fluxu axialen motorren eraginkortasuna ere oso handia da, normalean %96tik gorakoa. Hau dimentsio bakarreko fluxu-bide laburrari esker da, merkatuan dauden 2D fluxu erradialaren motor onenen aldean eraginkortasun parekoa edo are handiagoa dena.
Motorraren luzera laburragoa da, normalean 5 eta 8 aldiz laburragoa, eta pisua ere 2 eta 5 aldiz murrizten da. Bi faktore hauek ibilgailu elektrikoen plataformen diseinatzaileen aukeraketa aldatu dute.
2. Fluxu axialaren teknologia
Bi topologia nagusi daudefluxu axialen motorrak: errotore bikoitzeko estatore bakarra (batzuetan toro estiloko makinak deitzen zaie) eta errotore bakarreko estatore bikoitza.
Gaur egun, iman iraunkorreko motor gehienek fluxu erradiala topologia erabiltzen dute. Fluxu magnetikoaren zirkuitua errotorean dagoen iman iraunkor batekin hasten da, estatoreko lehen hortzetik igarotzen da eta gero estatorean zehar erradialki isurtzen da. Ondoren bigarren hortzatik pasatu errotoreko bigarren altzairu magnetikora iristeko. Errotore bikoitzeko fluxu axialaren topologian, fluxu-begizta lehenengo imanetik abiatzen da, estatoreko hortzetatik axialki igarotzen da eta berehala bigarren imanera iristen da.
Horrek esan nahi du fluxu-bidea fluxu erradialaren motorrena baino askoz laburragoa dela, eta ondorioz, motorraren bolumen txikiagoak, potentzia-dentsitate handiagoak eta eraginkortasuna potentzia berean.
Motor erradiala, non fluxu magnetikoa lehenengo hortzatik igarotzen den eta gero estatoretik hurrengo hortzera itzultzen den, imanera iritsiz. Fluxu magnetikoak bi dimentsioko bidea jarraitzen du.
Fluxu magnetiko axialaren makina baten fluxu magnetikoaren ibilbidea dimentsio bakarrekoa da, beraz, ale orientatutako altzairu elektrikoa erabil daiteke. Altzairu honek fluxua erraztu egiten du eta horrela eraginkortasuna hobetzen du.
Fluxu erradialeko motorrek tradizioz harilkatu banatuak erabiltzen dituzte, eta harilaren muturren erdiak ez dute funtzionatzen. Bobina gainditzeak pisu gehigarria, kostua, erresistentzia elektrikoa eta bero-galera gehiago ekarriko ditu, diseinatzaileak harilaren diseinua hobetzera behartuz.
Bobinaren muturrakfluxu axialen motorrakaskoz gutxiago dira, eta diseinu batzuek harilkadura kontzentratua edo segmentatua erabiltzen dute, guztiz eraginkorrak direnak. Segmentatutako estatoreko makina erradialetarako, estatoreko fluxu magnetikoaren bidearen hausturak galera gehigarriak ekar ditzake, baina fluxu axialaren motorrentzat, hori ez da arazoa. Bobinaren diseinua hornitzaileen maila bereizteko gakoa da.
3. Garapena
Fluxu axialeko motorrek erronka larri batzuk dituzte diseinuan eta ekoizpenean, abantaila teknologikoak izan arren, haien kostuak motor erradialenak baino askoz handiagoak dira. Jendeak oso ondo ezagutzen ditu motor erradialak, eta fabrikazio-metodoak eta ekipamendu mekanikoak ere eskuragarri daude.
Fluxu axialeko motorren erronka nagusietako bat errotorearen eta estatorearen artean aire-hutsune uniformea mantentzea da, indar magnetikoa motor erradialena baino askoz ere handiagoa baita, aire tarte uniformea mantentzea zailduz. Errotore bikoitzeko axial-fluxuaren motorrak beroa xahutzeko arazoak ere baditu, harilkatzea estatorearen barruan eta bi errotore-diskoen artean kokatzen baita, beroa xahutzea oso zaila eginez.
Fluxu axialeko motorrak ere fabrikatzen zailak dira arrazoi askorengatik. Errotore bikoitzeko makinak uztarri topologia duen errotore bikoitzeko makina erabiliz (hau da, estatoretik burdin uztarria kenduz baina burdinezko hortzak mantenduz) arazo horietako batzuk gainditzen ditu motorren diametroa eta imana zabaldu gabe.
Hala ere, uztarria kentzeak erronka berriak ekartzen ditu, hala nola, hortz indibidualak uztarri mekanikorik gabe nola konpondu eta kokatu. Hoztea ere erronka handiagoa da.
Era berean, zaila da errotorea ekoiztea eta aire tartea mantentzea, errotorearen diskoak errotorea erakartzen baitu. Abantaila da errotore-diskoak ardatz-eraztun baten bidez zuzenean konektatzen direla eta, beraz, indarrak elkar ezeztatzen dira. Horrek esan nahi du barneko errodamenduak ez dituela indar horiek jasaten, eta bere funtzio bakarra estatorea bi errotore-diskoen artean erdiko posizioan mantentzea da.
Estator bikoitzeko errotore bakarreko motorrek ez dituzte motor zirkularren erronkei aurre egiten, baina estatorearen diseinua askoz konplexuagoa da eta automatizazioa lortzeko zailagoa da, eta erlazionatutako kostuak ere handiak dira. Fluxu erradialaren motor tradizionalek ez bezala, motor axialak fabrikatzeko prozesuak eta ekipamendu mekanikoak duela gutxi sortu dira.
4. Ibilgailu elektrikoen aplikazioa
Fidagarritasuna funtsezkoa da automobilgintzan, eta desberdinen fidagarritasuna eta sendotasuna frogatzeafluxu axialen motorrakfabrikatzaileak konbentzitzea motor hauek masa ekoizpenerako egokiak direla beti izan da erronka. Honek motor axial hornitzaileak beren kabuz baliozkotze-programa zabalak egitera bultzatu ditu, hornitzaile bakoitzak frogatu baitu haien motorraren fidagarritasuna ez dela desberdina ohiko fluxu erradialeko motorrekin.
Batean higa dezakeen osagai bakarrafluxu axialeko motorraerrodamenduak da. Fluxu magnetiko axialaren luzera nahiko laburra da, eta errodamenduen posizioa hurbilagoa da, normalean apur bat "gaindimentsionatua" izateko diseinatuta. Zorionez, fluxu axialaren motorrak errotorearen masa txikiagoa du eta errotorearen ardatz dinamikoen karga txikiagoak jasan ditzake. Hori dela eta, errodamenduei aplikatzen zaien benetako indarra fluxu erradialaren motorrarena baino askoz txikiagoa da.
Ardatz elektronikoa motor axialen lehen aplikazioetako bat da. Zabalera meheak motorra eta engranaje-kutxa ardatzean har ditzake. Aplikazio hibridoetan, motorren luzera axial txikiagoak transmisio-sistemaren luzera osoa laburtzen du.
Hurrengo urratsa motor axiala gurpilean instalatzea da. Modu honetan, potentzia zuzenean helarazi daiteke motorretik gurpiletara, motorraren eraginkortasuna hobetuz. Transmisioak, diferentzialak eta ardatzak kenduta, sistemaren konplexutasuna ere murriztu egin da.
Hala ere, badirudi oraindik ez direla konfigurazio estandarrak agertu. Jatorrizko ekipoen fabrikatzaile bakoitza konfigurazio zehatzak ikertzen ari da, motor axialen tamaina eta forma ezberdinek ibilgailu elektrikoen diseinua alda dezaketelako. Motor erradialekin alderatuta, motor axialek potentzia dentsitate handiagoa dute, hau da, motor axial txikiagoak erabil daitezke. Honek ibilgailuen plataformetarako diseinu aukera berriak eskaintzen ditu, hala nola bateria paketeak jartzea.
4.1 Armadura segmentatua
YASA (Yokeless and Segmented Armature) motorraren topologia errotore bikoitzeko estator bakarreko topologia baten adibidea da, fabrikazioaren konplexutasuna murrizten duena eta masa ekoizpen automatizaturako egokia dena. Motor hauek 10 kW/kg arteko potentzia-dentsitatea dute 2000 eta 9000 bira/min bitarteko abiaduran.
Kontroladore dedikatu bat erabiliz, 200 kVA-ko korrontea eman diezaioke motorrari. Kontrolagailuak gutxi gorabehera 5 litroko bolumena du eta 5,8 kilogramo pisatzen ditu, olio dielektrikoko hoztearekin kudeaketa termikoa barne, fluxu axialeko motorretarako zein indukziozko eta fluxu erradialerako motorretarako egokia.
Horri esker, ibilgailu elektrikoen jatorrizko ekipamenduen fabrikatzaileek eta lehen mailako garatzaileek malgutasunez aukera dezakete motor egokia aplikazioaren eta eskuragarri dagoen espazioaren arabera. Tamaina eta pisu txikiagoak ibilgailua arinagoa eta bateria gehiago edukitzea lortzen du, eta, horrela, autonomia areagotu egiten da.
5. Moto elektrikoen aplikazioa
Moto elektrikoetarako eta ATVetarako, zenbait konpainiak korronte alternoko fluxu axialaren motorrak garatu dituzte. Ibilgailu mota honetarako gehien erabiltzen den diseinua DC eskuila oinarritutako fluxu axialeko diseinuak dira, produktu berria, berriz, AC, guztiz zigilatutako eskuilarik gabeko diseinua.
DC eta AC motorren bobinak geldi geratzen dira, baina errotore bikoitzak iman iraunkorrak erabiltzen dituzte armadura biratu beharrean. Metodo honen abantaila da ez duela alderantzizko mekanikorik behar.
AC axial diseinuak motor erradialetarako hiru faseko AC motor kontrolagailu estandarrak ere erabil ditzake. Horrek kostuak murrizten laguntzen du, kontrolagailuak momentuaren korrontea kontrolatzen baitu, ez abiadura. Kontrolagailuak 12 kHz-eko edo gehiagoko maiztasuna behar du, hau da, gailu horien maiztasun nagusia.
Maiztasun handiagoa 20 µ H-ko harilkatze-induktantzia baxuagotik dator. Maiztasunak korrontea kontrola dezake korronteen uhindura minimizatzeko eta seinale sinusoidala ahalik eta leunena ziurtatzeko. Perspektiba dinamikotik, motorraren kontrol leunagoa lortzeko modu bikaina da, momentu-aldaketa azkarrak ahalbidetuz.
Diseinu honek geruza biko harilkatu banatua hartzen du, beraz, fluxu magnetikoa errotoretik beste errotore batera igarotzen da estatorean zehar, ibilbide oso laburrean eta eraginkortasun handiagoarekin.
Diseinu honen gakoa da 60 V-ko gehienezko tentsioarekin funtziona dezakeela eta ez dela egokia tentsio handiagoko sistemetarako. Hori dela eta, moto elektrikoetarako eta L7e klaseko lau gurpileko ibilgailuetarako erabil daiteke, hala nola Renault Twizy.
60 V-ko gehienezko tentsioari esker, motorra 48 V-ko sistema elektriko nagusietan integra daiteke eta mantentze lanak errazten ditu.
2002/24/EE Europako Esparru Erregelamenduko L7e lau gurpileko motozikleten zehaztapenek ezartzen dute salgaiak garraiatzeko erabiltzen diren ibilgailuen pisua ez dela 600 kilogramotik gorakoa, baterien pisua kenduta. Ibilgailu hauek 200 kilogramo bidaiari baino gehiago garraiatzeko baimena dute, gehienez 1000 kilogramo zama eta 15 kilowatt-eko motorraren potentzia gehienez. Banatutako harilkadura metodoak 75-100 Nm-ko momentua eman dezake, 20-25 kW-ko irteera-potentzia gailurra eta 15 kW-ko potentzia jarraitua.
Fluxu axialaren erronka kobrezko haizeek beroa nola xahutzen dutenean datza, eta hori zaila da, beroak errotoretik igaro behar baitu. Banatutako harilkatzea da arazo hau konpontzeko gakoa, polo zirrikitu ugari baititu. Modu honetan, kobrearen eta oskolaren artean azalera handiagoa dago, eta beroa kanpora eraman eta likido hozte sistema estandar baten bidez isur daiteke.
Polo magnetiko anitz funtsezkoak dira uhin sinusoidalak erabiltzeko, harmonikoak murrizten laguntzen dutenak. Harmoniko hauek imanen eta nukleoaren berokuntza gisa adierazten dira, kobrezko osagaiek beroa eraman ezin duten bitartean. Beroa imanetan eta burdin-nukleoetan pilatzen denean, eraginkortasuna gutxitzen da, horregatik uhin-forma eta bero-bidea optimizatzea funtsezkoa da motorraren errendimendurako.
Motoraren diseinua optimizatu da kostuak murrizteko eta ekoizpen masibo automatizatua lortzeko. Estrusiozko etxebizitza-eraztun batek ez du prozesatu mekaniko konplexurik behar eta materialaren kostuak murriztu ditzake. Bobina zuzenean zauritu daiteke eta lotura-prozesu bat erabiltzen da bihurriketa-prozesuan muntaketa-forma zuzena mantentzeko.
Garrantzitsua da bobina komertzialki eskuragarri dagoen alanbre estandar batez egina dagoela, eta burdinazko nukleoa, berriz, apalategiko transformadorearen altzairu estandar batekin laminatua da, eta hori besterik gabe forman moztu behar da. Beste motor-diseinuek nukleoaren laminazioan material magnetiko bigunak erabiltzea eskatzen dute, garestiagoak izan daitezkeenak.
Harilak banatuak erabiltzeak esan nahi du altzairu magnetikoa ez dela segmentatu behar; Forma sinpleagoak eta fabrikatzeko errazagoak izan daitezke. Altzairu magnetikoaren tamaina murrizteak eta bere fabrikatzeko erraztasuna bermatzeak eragin handia du kostuak murrizteko.
Fluxu axialaren motor honen diseinua bezeroen eskakizunen arabera pertsonalizatu daiteke. Bezeroek oinarrizko diseinuaren inguruan garatutako bertsio pertsonalizatuak dituzte. Ondoren, probako produkzio-lerro batean fabrikatu da ekoizpen goiztiarra egiaztatzeko, beste lantegi batzuetan errepikatu daitekeena.
Pertsonalizazioa, batez ere, ibilgailuaren errendimendua fluxu magnetikoaren motor axialaren diseinuaren araberakoa baita, baita ibilgailuaren egituraren, bateria paketearen eta BMSren kalitatearen araberakoa ere.
Argitalpenaren ordua: 2023-09-28
