Двигатель с осевым магнитным потоком
Двигатель с осевым потоком ( двигатель с осевым зазором или блинный двигатель ) представляет собой конструкцию электродвигателя , в которой зазор между ротором и статором и, следовательно, направление магнитного потока между ними ориентированы параллельно оси вращения, а не чем радиально, как в случае с концентрической цилиндрической геометрией более распространенного двигателя с радиальным магнитным потоком . [1] [2] При геометрии осевого потока крутящий момент увеличивается пропорционально кубу диаметра ротора, тогда как при радиальном потоке увеличение имеет только квадратичный характер. Двигатели с осевым магнитным потоком имеют большую магнитную поверхность и общую площадь поверхности (для охлаждения), чем двигатели с радиальным магнитным потоком при заданном объеме. [3]
Характеристики
[ редактировать ] |
 | Этот раздел содержит список плюсов и минусов . ( июнь 2023 г. ) |
- Двигатель можно построить на любой плоской конструкции, например на печатной плате, 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 сильноточные обмотки.
- Часто можно сделать ротор значительно легче.
- Потенциально более короткая длина магнитного пути.
- Большинство структурных компонентов плоские и могут быть изготовлены без специального литья или оснастки.
- Поскольку магнитный путь через обмотки прямой, текстурированную электротехническую сталь, обеспечивающую более высокую проницаемость и меньшие потери в сердечнике. можно легко использовать [4]
- Ротор обычно 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
[ редактировать ]В AFM могут использоваться одиночные или двойные роторы, а также одинарные или двойные статоры. Конструкция с двойным статором/одиночным ротором более распространена в приложениях большой мощности, хотя для нее требуется ярмо (корпус) с соответствующими потерями в железе. В конструкциях с одним статором/двойным ротором можно обойтись без ярма, что позволяет снизить его вес и повысить эффективность. В последнем случае роторы и их железные пластины, замыкающие поток, движутся в том же направлении/скорости, что и магнитное поле. [5]
В одном примере текстурированная сталь (30Q120) использовалась для изготовления зуба статора асинхронного двигателя. Между двумя роторами использовалось 18 зубьев. На каждый зуб статора наматывали последовательно соединенные катушки, по 6 на каждую фазу. Магнитный потенциал складывает магнитный потенциал воздушного зазора, магнитный потенциал зубца статора, ярмо ротора и магнитный потенциал зубца. [6] [3]
AFM могут быть объединены в один модуль для обеспечения более высокой выходной мощности. [3] Штабелируемый двигатель YASA 750 R массой 37 кг обеспечивает мощность >5 кВт/кг при осевой длине 98 мм (3,9 дюйма). [7]
Использование
[ редактировать ]Хотя эта геометрия использовалась с момента разработки первых электромагнитных двигателей, ее использование было редким до тех пор, пока не появилась широкая доступность сильных постоянных магнитов и не были разработаны бесщеточные двигатели постоянного тока , которые могли лучше использовать преимущества этой геометрии.
Осевая геометрия может быть применена практически к любому принципу работы (например, щеточному двигателю постоянного тока , индукции , шаговому двигателю , реактивному двигателю ), который может использоваться в радиальном двигателе. Даже в рамках 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 непрактичны в радиальной геометрии. Осевые двигатели обычно короче и шире, чем эквивалентные радиальные двигатели.
Осевые двигатели обычно используются в приложениях с низким энергопотреблением, особенно в тесно интегрированной электронике, поскольку двигатель может быть построен непосредственно на печатной плате (PCB) и может использовать дорожки печатной платы в качестве обмоток статора. Мощные бесщеточные осевые двигатели появились сравнительно недавно, но их уже начали использовать в некоторых электромобилях. [8] Одним из самых давно выпускаемых осевых двигателей является коллекторный двигатель постоянного тока Линча , ротор которого почти полностью состоит из плоских медных полос с вставленными небольшими железными сердечниками, что обеспечивает работу с высокой плотностью мощности.
Автомобильная промышленность
[ редактировать ]Дочерняя компания Mercedes-Benz YASA (без вилки и сегментированная арматура) производит AFM, которые используются в различных концептуальных автомобилях ( Jaguar C-X75 ), прототипах и гоночных автомобилях. Он также использовался в Koenigsegg Regera , Ferrari SF90 Stradale и S96GTB , Lamborghini Revuelto гибриде и Lola-Drayson. [9] Компания изучает возможность размещения двигателей внутри колес, учитывая, что малая масса AFM не приводит к чрезмерному увеличению неподрессоренной массы автомобиля . [10] YASA нацелена на двигатели мощностью 220 кВт в упаковке весом 7 кг или 31 кВт/кг. Напротив, современный электродвигатель от Lucid Motors предлагает двигатель мощностью 500 кВт и массой 31,4 кг или 16 кВт/кг. [11]
Самолет
[ редактировать ]Rolls -Royce ACCEL , обладатель текущего мирового рекорда скорости для электрического самолета, использует три двигателя с осевым магнитным потоком. [12]
Emrax производит линейку двигателей с осевым магнитным 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 мощностью 5 кВт/кг. [14]
Evolito производит AFM для трехмоторного автомобиля Rolls Royce Spirit of Aviation. Их цель — авиационные двигатели мощностью 50 Вт/кг, позволяющие существенно снизить вес, необходимый для полета на электричестве. [11]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Парвиайнен, Аско (апрель 2005 г.). «Проектирование тихоходных машин с осевым потоком и постоянными магнитами и сравнение производительности машин с радиальным и осевым потоком» (PDF) . Массачусетский технологический институт .
- ^ EP2773023A1 , Вулмер, Тимоти; Кинг, Чарльз и Ист, Марк и др., «Двигатель с осевым магнитным потоком», выпущено 3 сентября 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с «Технология осевого потока» . АКСИАЛЬНОЕ Движение . Проверено 3 апреля 2024 г.
- ^ «Машины с постоянными магнитами с осевым и радиальным потоком – в чем разница?» . Блог EMWorks . 2020-10-12 . Проверено 8 апреля 2022 г.
- ^ «Двойной ротор или двойной статор: вопрос эффективности» . traxial.com . 28 августа 2021 г. Проверено 31 марта 2024 г.
- ^ Хуан, Пинлинь; Ли, Ханг; Ян, Чен (февраль 2021 г.). «Безкорпусный асинхронный двигатель с осевым магнитным потоком для электромобилей на основе кремниевой стали с ориентированной зеренной структурой» . Физический журнал: серия конференций . 1815 (1): 012042. Бибкод : 2021JPhCS1815a2042H . дои : 10.1088/1742-6596/1815/1/012042 . ISSN 1742-6596 .
- ^ «Техническое описание электродвигателей 750 R» (PDF) .
- ^ Морилс, Даан; Лейнен, Питер (30 сентября 2019 г.). «Этот вывернутый двигатель для электромобилей отличается высокой мощностью и (наконец-то) практичностью» . ИИЭЭ . Проверено 2 августа 2020 г.
- ^ «О YASA | История двигателей YASA с осевым магнитным потоком | YASA Ltd» . ЯСА Лимитед . Проверено 4 апреля 2024 г.
- ^ «YASA и Mercedes Benz | Послание нашего председателя | YASA Ltd» . ЯСА Лимитед . Проверено 4 апреля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б Оливер, Бен. «Инновационный электродвигатель, используемый Lamborghini, McLaren и Ferrari, серийно производится Mercedes» . Проводной . ISSN 1059-1028 . Проверено 13 мая 2024 г.
- ^ «Электрические самолеты НАКОНЕЦ здесь, и они бьют рекорды!» . Ютуб .
- ^ «348 (400кВт | 1000Нм)» . ЭМРАКС . Проверено 31 марта 2024 г.
- ^ «Siemens и Emrax заявляют о наилучшем соотношении мощности и веса для электродвигателей в диапазоне от 5 до 10 киловатт на кг | NextBigFuture.com» . 20 апреля 2015 г. Проверено 31 марта 2024 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Хуан, Пинлинь; Ли, Ханг; Ян, Чен (февраль 2021 г.). «Безкорпусный асинхронный двигатель с осевым магнитным потоком для электромобилей на основе кремниевой стали с ориентированной зеренной структурой» . Физический журнал: серия конференций . 1815 (1): 012042. Бибкод : 2021JPhCS1815a2042H . дои : 10.1088/1742-6596/1815/1/012042 . ISSN 1742-6596 .
- Таран, Наргес; Хайнс, Грег; Раллабанди, Вандана; Паттерсон, Дин; Айонел, Дэн М. (сентябрь 2019 г.). «Систематическое сравнение двух топологий машин с постоянными магнитами с осевым магнитным потоком: якорь без хомута и сегментированный по сравнению с односторонним якорем» . Конгресс и выставка по преобразованию энергии IEEE 2019 (ECCE) . IEEE. стр. 4477–4482. дои : 10.1109/ECCE.2019.8913104 . ISBN 978-1-7281-0395-2 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите )