अ‍ॅक्सियल फ्लक्स मोटर्सचे फायदे, अडचणी आणि नवीन विकास

रेडियल फ्लक्स मोटर्सच्या तुलनेत, इलेक्ट्रिक वाहनांच्या डिझाइनमध्ये अक्षीय फ्लक्स मोटर्सचे अनेक फायदे आहेत. उदाहरणार्थ, अक्षीय फ्लक्स मोटर्स मोटरला अक्षापासून चाकांच्या आतील बाजूस हलवून पॉवरट्रेनची रचना बदलू शकतात.

१.शक्तीचा अक्ष

अक्षीय प्रवाह मोटर्सवाढत्या प्रमाणात लक्ष वेधले जात आहे (ट्रॅक्शन वाढवा). अनेक वर्षांपासून, या प्रकारच्या मोटरचा वापर लिफ्ट आणि कृषी यंत्रसामग्रीसारख्या स्थिर अनुप्रयोगांमध्ये केला जात आहे, परंतु गेल्या दशकात, अनेक विकासक या तंत्रज्ञानात सुधारणा करण्यासाठी आणि ते इलेक्ट्रिक मोटारसायकली, विमानतळ पॉड्स, कार्गो ट्रक, इलेक्ट्रिक वाहने आणि अगदी विमानांमध्ये देखील लागू करण्यासाठी काम करत आहेत.

पारंपारिक रेडियल फ्लक्स मोटर्समध्ये कायमस्वरूपी चुंबक किंवा प्रेरण मोटर्स वापरल्या जातात, ज्यांनी वजन आणि खर्चात लक्षणीय प्रगती केली आहे. तथापि, त्यांना विकसित होत राहण्यात अनेक अडचणी येतात. अक्षीय प्रवाह, एक पूर्णपणे वेगळ्या प्रकारची मोटर, एक चांगला पर्याय असू शकते.

रेडियल मोटर्सच्या तुलनेत, अक्षीय प्रवाह कायमस्वरूपी चुंबक मोटर्सचे प्रभावी चुंबकीय पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ मोटर रोटरची पृष्ठभाग असते, बाह्य व्यास नाही. म्हणून, मोटरच्या एका विशिष्ट आकारमानात, अक्षीय प्रवाह कायमस्वरूपी चुंबक मोटर्स सहसा जास्त टॉर्क प्रदान करू शकतात.

अक्षीय प्रवाह मोटर्सअधिक कॉम्पॅक्ट असतात; रेडियल मोटर्सच्या तुलनेत, मोटरची अक्षीय लांबी खूपच कमी असते. अंतर्गत चाकांच्या मोटर्ससाठी, हे बहुतेकदा एक महत्त्वाचे घटक असते. अक्षीय मोटर्सची कॉम्पॅक्ट रचना समान रेडियल मोटर्सपेक्षा जास्त पॉवर घनता आणि टॉर्क घनता सुनिश्चित करते, त्यामुळे अत्यंत उच्च ऑपरेटिंग स्पीडची आवश्यकता दूर होते.

अक्षीय प्रवाह मोटर्सची कार्यक्षमता देखील खूप जास्त असते, सहसा 96% पेक्षा जास्त असते. हे लहान, एक-आयामी प्रवाह मार्गामुळे आहे, जे बाजारातील सर्वोत्तम 2D रेडियल प्रवाह मोटर्सच्या तुलनेत कार्यक्षमतेत तुलनात्मक किंवा त्याहूनही जास्त आहे.

मोटरची लांबी कमी असते, साधारणपणे ५ ते ८ पट कमी असते आणि वजनही २ ते ५ पट कमी होते. या दोन घटकांमुळे इलेक्ट्रिक वाहन प्लॅटफॉर्म डिझायनर्सची निवड बदलली आहे.

२. अक्षीय प्रवाह तंत्रज्ञान

यासाठी दोन मुख्य टोपोलॉजीज आहेतअक्षीय प्रवाह मोटर्स: ड्युअल रोटर सिंगल स्टेटर (कधीकधी टोरस स्टाईल मशीन म्हणून ओळखले जाते) आणि सिंगल रोटर ड्युअल स्टेटर.

सध्या, बहुतेक कायमस्वरूपी चुंबक मोटर्स रेडियल फ्लक्स टोपोलॉजी वापरतात. चुंबकीय प्रवाह सर्किट रोटरवरील कायमस्वरूपी चुंबकाने सुरू होते, स्टेटरवरील पहिल्या दातामधून जाते आणि नंतर स्टेटरच्या बाजूने रेडियल वाहते. नंतर दुसऱ्या दातामधून रोटरवरील दुसऱ्या चुंबकीय स्टीलपर्यंत पोहोचते. ड्युअल रोटर अक्षीय प्रवाह टोपोलॉजीमध्ये, फ्लक्स लूप पहिल्या चुंबकापासून सुरू होतो, स्टेटर दातांमधून अक्षीयपणे जातो आणि लगेच दुसऱ्या चुंबकापर्यंत पोहोचतो.

याचा अर्थ असा की फ्लक्स मार्ग रेडियल फ्लक्स मोटर्सपेक्षा खूपच लहान आहे, ज्यामुळे मोटरचे आकारमान कमी होते, पॉवर घनता जास्त असते आणि त्याच पॉवरवर कार्यक्षमता जास्त असते.

रेडियल मोटर, जिथे चुंबकीय प्रवाह पहिल्या दातामधून जातो आणि नंतर स्टेटरद्वारे पुढच्या दाताकडे परत येतो आणि चुंबकापर्यंत पोहोचतो. चुंबकीय प्रवाह द्विमितीय मार्गाचा अवलंब करतो.

अक्षीय चुंबकीय प्रवाह यंत्राचा चुंबकीय प्रवाह मार्ग एक-आयामी असतो, म्हणून धान्य-केंद्रित विद्युत स्टील वापरता येते. हे स्टील प्रवाहाला त्यातून जाणे सोपे करते, ज्यामुळे कार्यक्षमता सुधारते.

रेडियल फ्लक्स मोटर्स पारंपारिकपणे वितरित विंडिंग्ज वापरतात, ज्यामध्ये अर्ध्यापर्यंत विंडिंग एंड्स काम करत नाहीत. कॉइल ओव्हरहँगमुळे अतिरिक्त वजन, खर्च, विद्युत प्रतिकार आणि अधिक उष्णता कमी होईल, ज्यामुळे डिझाइनर्सना विंडिंग डिझाइनमध्ये सुधारणा करण्यास भाग पाडले जाईल.

कॉइलचा शेवटअक्षीय प्रवाह मोटर्सखूपच कमी आहेत आणि काही डिझाइनमध्ये एकाग्र किंवा सेग्मेंटेड विंडिंग्ज वापरल्या जातात, जे पूर्णपणे प्रभावी असतात. सेग्मेंटेड स्टेटर रेडियल मशीनसाठी, स्टेटरमधील चुंबकीय प्रवाह मार्गाचे फाटणे अतिरिक्त नुकसान आणू शकते, परंतु अक्षीय प्रवाह मोटर्ससाठी, ही समस्या नाही. कॉइल विंडिंगची रचना ही पुरवठादारांची पातळी ओळखण्याची गुरुकिल्ली आहे.

३. विकास

अक्षीय फ्लक्स मोटर्सना डिझाइन आणि उत्पादनात काही गंभीर आव्हानांना तोंड द्यावे लागते, त्यांचे तांत्रिक फायदे असूनही, त्यांचा खर्च रेडियल मोटर्सपेक्षा खूपच जास्त आहे. लोकांना रेडियल मोटर्सची खूप सखोल समज आहे आणि उत्पादन पद्धती आणि यांत्रिक उपकरणे देखील सहज उपलब्ध आहेत.

अक्षीय प्रवाह मोटर्सच्या मुख्य आव्हानांपैकी एक म्हणजे रोटर आणि स्टेटरमधील एकसमान हवेचे अंतर राखणे, कारण चुंबकीय बल रेडियल मोटर्सपेक्षा खूप जास्त असते, ज्यामुळे एकसमान हवेचे अंतर राखणे कठीण होते. ड्युअल रोटर अक्षीय प्रवाह मोटरमध्ये उष्णता नष्ट होण्याच्या समस्या देखील असतात, कारण वाइंडिंग स्टेटरच्या आत आणि दोन रोटर डिस्क्समध्ये खोलवर स्थित असते, ज्यामुळे उष्णता नष्ट होणे खूप कठीण होते.

अक्षीय फ्लक्स मोटर्स अनेक कारणांमुळे तयार करणे देखील कठीण आहे. योक्स टोपोलॉजीसह ड्युअल रोटर मशीन वापरणारे ड्युअल रोटर मशीन (म्हणजे स्टेटरमधून लोखंडी योक काढून टाकणे परंतु लोखंडी दात टिकवून ठेवणे) मोटर व्यास आणि चुंबक वाढविल्याशिवाय यापैकी काही समस्यांवर मात करते.

तथापि, योक काढून टाकल्याने नवीन आव्हाने येतात, जसे की यांत्रिक योक कनेक्शनशिवाय वैयक्तिक दात कसे दुरुस्त करायचे आणि त्यांची स्थिती कशी निश्चित करायची. थंड करणे हे देखील एक मोठे आव्हान आहे.

रोटर डिस्क रोटरला आकर्षित करते म्हणून रोटर तयार करणे आणि हवेतील अंतर राखणे देखील कठीण आहे. याचा फायदा असा आहे की रोटर डिस्क थेट शाफ्ट रिंगद्वारे जोडलेले असतात, त्यामुळे बल एकमेकांना रद्द करतात. याचा अर्थ असा की अंतर्गत बेअरिंग या बलांना तोंड देत नाही आणि त्याचे एकमेव कार्य म्हणजे स्टेटरला दोन रोटर डिस्कमधील मधल्या स्थितीत ठेवणे.

डबल स्टेटर सिंगल रोटर मोटर्सना वर्तुळाकार मोटर्सच्या आव्हानांचा सामना करावा लागत नाही, परंतु स्टेटरची रचना अधिक जटिल आणि ऑटोमेशन साध्य करणे कठीण आहे आणि संबंधित खर्च देखील जास्त आहे. कोणत्याही पारंपारिक रेडियल फ्लक्स मोटरच्या विपरीत, अक्षीय मोटर उत्पादन प्रक्रिया आणि यांत्रिक उपकरणे अलीकडेच उदयास आली आहेत.

४. इलेक्ट्रिक वाहनांचा वापर

ऑटोमोटिव्ह उद्योगात विश्वासार्हता महत्त्वाची आहे आणि वेगवेगळ्या वाहनांची विश्वासार्हता आणि मजबूती सिद्ध करणेअक्षीय प्रवाह मोटर्सया मोटर्स मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी योग्य आहेत हे उत्पादकांना पटवून देणे नेहमीच एक आव्हान राहिले आहे. यामुळे अक्षीय मोटर पुरवठादारांना स्वतःहून व्यापक प्रमाणीकरण कार्यक्रम राबवण्यास प्रवृत्त केले आहे, प्रत्येक पुरवठादाराने हे दाखवून दिले आहे की त्यांची मोटर विश्वसनीयता पारंपारिक रेडियल फ्लक्स मोटर्सपेक्षा वेगळी नाही.

एकमेव घटक जो एका मध्ये खराब होऊ शकतोअक्षीय प्रवाह मोटरबेअरिंग्ज आहेत. अक्षीय चुंबकीय प्रवाहाची लांबी तुलनेने कमी असते आणि बेअरिंग्जची स्थिती जवळ असते, सहसा थोडीशी "ओव्हर डायमेंशन" करण्यासाठी डिझाइन केलेली असते. सुदैवाने, अक्षीय प्रवाह मोटरमध्ये रोटरचे वस्तुमान कमी असते आणि ते कमी रोटर डायनॅमिक शाफ्ट भार सहन करू शकते. म्हणून, बेअरिंग्जवर लावण्यात येणारा प्रत्यक्ष बल रेडियल फ्लक्स मोटरपेक्षा खूपच कमी असतो.

इलेक्ट्रॉनिक अ‍ॅक्सल हा अक्षीय मोटर्सच्या पहिल्या वापरांपैकी एक आहे. रुंदी कमी असल्याने मोटर आणि गिअरबॉक्स एक्सलमध्ये समाविष्ट होऊ शकतात. हायब्रिड अ‍ॅप्लिकेशन्समध्ये, मोटरची कमी अक्षीय लांबी ट्रान्समिशन सिस्टमची एकूण लांबी कमी करते.

पुढची पायरी म्हणजे चाकावर अक्षीय मोटर बसवणे. अशाप्रकारे, मोटरमधून चाकांमध्ये थेट वीज प्रसारित केली जाऊ शकते, ज्यामुळे मोटरची कार्यक्षमता सुधारते. ट्रान्समिशन, डिफरेंशियल आणि ड्राइव्हशाफ्ट काढून टाकल्यामुळे, सिस्टमची जटिलता देखील कमी झाली आहे.

तथापि, असे दिसते की मानक कॉन्फिगरेशन अद्याप दिसले नाहीत. प्रत्येक मूळ उपकरण उत्पादक विशिष्ट कॉन्फिगरेशनवर संशोधन करत आहे, कारण अक्षीय मोटर्सचे वेगवेगळे आकार आणि आकार इलेक्ट्रिक वाहनांच्या डिझाइनमध्ये बदल करू शकतात. रेडियल मोटर्सच्या तुलनेत, अक्षीय मोटर्समध्ये जास्त पॉवर डेन्सिटी असते, म्हणजेच लहान अक्षीय मोटर्स वापरता येतात. हे वाहन प्लॅटफॉर्मसाठी नवीन डिझाइन पर्याय प्रदान करते, जसे की बॅटरी पॅकची प्लेसमेंट.

४.१ सेग्मेंटेड आर्मेचर

YASA (योकलेस अँड सेग्मेंटेड आर्मेचर) मोटर टोपोलॉजी ही ड्युअल रोटर सिंगल स्टेटर टोपोलॉजीचे उदाहरण आहे, जी उत्पादनाची जटिलता कमी करते आणि स्वयंचलित मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी योग्य आहे. या मोटर्समध्ये २००० ते ९००० आरपीएम वेगाने १० किलोवॅट/किलो पर्यंत पॉवर डेन्सिटी असते.

समर्पित कंट्रोलर वापरून, ते मोटरसाठी २०० केव्हीएचा प्रवाह प्रदान करू शकते. कंट्रोलरचे आकारमान अंदाजे ५ लिटर आहे आणि त्याचे वजन ५.८ किलोग्रॅम आहे, ज्यामध्ये डायलेक्ट्रिक ऑइल कूलिंगसह थर्मल व्यवस्थापन समाविष्ट आहे, जे अक्षीय फ्लक्स मोटर्स तसेच इंडक्शन आणि रेडियल फ्लक्स मोटर्ससाठी योग्य आहे.

यामुळे इलेक्ट्रिक वाहनांच्या मूळ उपकरणांचे उत्पादक आणि प्रथम श्रेणीतील विकासकांना अनुप्रयोग आणि उपलब्ध जागेनुसार योग्य मोटर लवचिकपणे निवडता येते. लहान आकार आणि वजनामुळे वाहन हलके होते आणि त्यात अधिक बॅटरी असतात, ज्यामुळे श्रेणीची बूस्ट वाढते.

५. इलेक्ट्रिक मोटारसायकलींचा वापर

इलेक्ट्रिक मोटारसायकली आणि एटीव्हीसाठी, काही कंपन्यांनी एसी अक्षीय फ्लक्स मोटर्स विकसित केले आहेत. या प्रकारच्या वाहनासाठी सामान्यतः वापरले जाणारे डिझाइन डीसी ब्रश आधारित अक्षीय फ्लक्स डिझाइन आहे, तर नवीन उत्पादन एसी, पूर्णपणे सीलबंद ब्रशलेस डिझाइन आहे.

डीसी आणि एसी मोटर्सचे कॉइल स्थिर राहतात, परंतु दुहेरी रोटर्स फिरणाऱ्या आर्मेचरऐवजी कायमस्वरूपी चुंबकांचा वापर करतात. या पद्धतीचा फायदा असा आहे की त्याला यांत्रिक उलट करण्याची आवश्यकता नाही.

एसी अक्षीय डिझाइनमध्ये रेडियल मोटर्ससाठी मानक तीन-फेज एसी मोटर नियंत्रक देखील वापरले जाऊ शकतात. यामुळे खर्च कमी होण्यास मदत होते, कारण नियंत्रक वेगापेक्षा टॉर्कचा प्रवाह नियंत्रित करतो. नियंत्रकाला १२ kHz किंवा त्याहून अधिक वारंवारता आवश्यक असते, जी अशा उपकरणांची मुख्य प्रवाहाची वारंवारता आहे.

जास्त वारंवारता २० µH च्या कमी वळणाच्या इंडक्टन्समुळे येते. ही वारंवारता विद्युत प्रवाह नियंत्रित करू शकते जेणेकरून विद्युत प्रवाह कमी होईल आणि शक्य तितक्या गुळगुळीत सायनसॉइडल सिग्नलची खात्री होईल. गतिमान दृष्टिकोनातून, जलद टॉर्क बदलांना परवानगी देऊन मोटर नियंत्रण सुलभ करण्याचा हा एक उत्तम मार्ग आहे.

या डिझाइनमध्ये वितरित दुहेरी-स्तरीय वळणाचा अवलंब केला जातो, त्यामुळे चुंबकीय प्रवाह रोटरमधून दुसऱ्या रोटरकडे स्टेटरमधून वाहतो, ज्याचा मार्ग खूप लहान असतो आणि कार्यक्षमता जास्त असते.

या डिझाइनची गुरुकिल्ली म्हणजे ते जास्तीत जास्त ६० व्होल्टच्या व्होल्टेजवर काम करू शकते आणि जास्त व्होल्टेज सिस्टमसाठी योग्य नाही. म्हणून, ते इलेक्ट्रिक मोटरसायकल आणि रेनॉल्ट ट्विझी सारख्या L7e क्लास चार-चाकी वाहनांसाठी वापरले जाऊ शकते.

६० व्होल्टचा कमाल व्होल्टेज मोटरला मुख्य प्रवाहातील ४८ व्होल्ट इलेक्ट्रिकल सिस्टीममध्ये एकत्रित करण्यास अनुमती देतो आणि देखभालीचे काम सोपे करतो.

युरोपियन फ्रेमवर्क रेग्युलेशन २००२/२४/ईसी मधील L7e ​​चार-चाकी मोटारसायकल स्पेसिफिकेशन्समध्ये असे नमूद केले आहे की वस्तूंच्या वाहतुकीसाठी वापरल्या जाणाऱ्या वाहनांचे वजन बॅटरीचे वजन वगळता ६०० किलोग्रॅमपेक्षा जास्त नसावे. या वाहनांना २०० किलोग्रॅमपेक्षा जास्त प्रवासी, १००० किलोग्रॅमपेक्षा जास्त माल आणि १५ किलोवॅटपेक्षा जास्त इंजिन पॉवर वाहून नेण्याची परवानगी आहे. वितरित वाइंडिंग पद्धत ७५-१०० एनएमचा टॉर्क प्रदान करू शकते, २०-२५ किलोवॅटची पीक आउटपुट पॉवर आणि १५ किलोवॅटची सतत पॉवर.

अक्षीय प्रवाहाचे आव्हान तांबे विंडिंग उष्णता कशी नष्ट करतात यामध्ये आहे, जे कठीण आहे कारण उष्णता रोटरमधून जाणे आवश्यक आहे. वितरित विंडिंग ही या समस्येचे निराकरण करण्याची गुरुकिल्ली आहे, कारण त्यात मोठ्या संख्येने पोल स्लॉट आहेत. अशा प्रकारे, तांबे आणि कवच यांच्यामध्ये पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ मोठे असते आणि उष्णता बाहेरून हस्तांतरित केली जाऊ शकते आणि मानक द्रव शीतकरण प्रणालीद्वारे सोडली जाऊ शकते.

सायनसॉइडल वेव्ह फॉर्म वापरण्यासाठी अनेक चुंबकीय ध्रुव महत्त्वाचे आहेत, जे हार्मोनिक्स कमी करण्यास मदत करतात. हे हार्मोनिक्स चुंबक आणि कोरच्या गरम होण्याच्या स्वरूपात प्रकट होतात, तर तांबे घटक उष्णता वाहून नेऊ शकत नाहीत. जेव्हा चुंबक आणि लोखंडी कोरमध्ये उष्णता जमा होते तेव्हा कार्यक्षमता कमी होते, म्हणूनच मोटर कामगिरीसाठी वेव्हफॉर्म आणि उष्णता मार्ग अनुकूलित करणे महत्वाचे आहे.

खर्च कमी करण्यासाठी आणि स्वयंचलित मोठ्या प्रमाणात उत्पादन साध्य करण्यासाठी मोटरची रचना ऑप्टिमाइझ करण्यात आली आहे. एक्सट्रुडेड हाऊसिंग रिंगला जटिल यांत्रिक प्रक्रियेची आवश्यकता नसते आणि त्यामुळे साहित्याचा खर्च कमी होऊ शकतो. कॉइलला थेट जखम करता येते आणि योग्य असेंब्ली आकार राखण्यासाठी वाइंडिंग प्रक्रियेदरम्यान बाँडिंग प्रक्रिया वापरली जाते.

मुख्य मुद्दा असा आहे की कॉइल मानक व्यावसायिकरित्या उपलब्ध असलेल्या वायरपासून बनलेली आहे, तर लोखंडी कोर मानक लेड ऑफ शेल्फ ट्रान्सफॉर्मर स्टीलने लॅमिनेटेड आहे, ज्याला फक्त आकार देणे आवश्यक आहे. इतर मोटर डिझाइनमध्ये कोर लॅमिनेशनमध्ये मऊ चुंबकीय सामग्रीचा वापर आवश्यक असतो, जो अधिक महाग असू शकतो.

वितरित विंडिंग्जचा वापर केल्याने चुंबकीय स्टीलचे विभाजन करण्याची आवश्यकता नाही; ते आकारात सोपे आणि उत्पादन करण्यास सोपे असू शकतात. चुंबकीय स्टीलचा आकार कमी करणे आणि त्याचे उत्पादन सुलभ करणे सुनिश्चित करणे खर्च कमी करण्यावर लक्षणीय परिणाम करते.

या अक्षीय प्रवाह मोटरची रचना ग्राहकांच्या गरजेनुसार देखील सानुकूलित केली जाऊ शकते. ग्राहकांनी मूलभूत डिझाइनभोवती विकसित केलेल्या कस्टमाइज्ड आवृत्त्या आहेत. नंतर लवकर उत्पादन पडताळणीसाठी चाचणी उत्पादन लाइनवर उत्पादित केले जाते, जे इतर कारखान्यांमध्ये प्रतिकृत केले जाऊ शकते.

कस्टमायझेशन हे प्रामुख्याने कारण आहे की वाहनाची कामगिरी केवळ अक्षीय चुंबकीय प्रवाह मोटरच्या डिझाइनवर अवलंबून नाही तर वाहनाची रचना, बॅटरी पॅक आणि बीएमएसच्या गुणवत्तेवर देखील अवलंबून असते.