अक्षीय फ्लक्स मोटर्सचे फायदे, अडचणी आणि नवीन विकास

रेडियल फ्लक्स मोटर्सच्या तुलनेत, अक्षीय फ्लक्स मोटर्सचे इलेक्ट्रिक वाहन डिझाइनमध्ये बरेच फायदे आहेत. उदाहरणार्थ, अक्षीय फ्लक्स मोटर्स मोटरला एक्सलपासून चाकांच्या आतील बाजूस हलवून पॉवरट्रेनचे डिझाइन बदलू शकतात.

1. शक्तीचा अक्ष

अक्षीय फ्लक्स मोटर्सवाढत्या लक्ष प्राप्त होत आहेत (कर्षण मिळवणे). बऱ्याच वर्षांपासून, या प्रकारची मोटर लिफ्ट आणि कृषी यंत्रसामग्री सारख्या स्थिर अनुप्रयोगांमध्ये वापरली जात आहे, परंतु गेल्या दशकात, अनेक विकासक हे तंत्रज्ञान सुधारण्यासाठी आणि ते इलेक्ट्रिक मोटरसायकल, विमानतळ पॉड्स, कार्गो ट्रक, इलेक्ट्रिक मोटरसायकलवर लागू करण्यासाठी काम करत आहेत. वाहने आणि अगदी विमाने.

पारंपारिक रेडियल फ्लक्स मोटर्स कायम चुंबक किंवा इंडक्शन मोटर्स वापरतात, ज्याने वजन आणि खर्चाच्या अनुकूलतेमध्ये लक्षणीय प्रगती केली आहे. तथापि, विकास चालू ठेवण्यासाठी त्यांना अनेक अडचणींचा सामना करावा लागतो. अक्षीय प्रवाह, एक पूर्णपणे भिन्न प्रकारची मोटर, एक चांगला पर्याय असू शकतो.

रेडियल मोटर्सच्या तुलनेत, अक्षीय फ्लक्स स्थायी चुंबक मोटर्सचे प्रभावी चुंबकीय पृष्ठभाग हे मोटर रोटरची पृष्ठभाग असते, बाह्य व्यास नाही. म्हणून, मोटरच्या एका विशिष्ट व्हॉल्यूममध्ये, अक्षीय फ्लक्स स्थायी चुंबक मोटर्स सहसा जास्त टॉर्क प्रदान करू शकतात.

अक्षीय फ्लक्स मोटर्सअधिक संक्षिप्त आहेत; रेडियल मोटर्सच्या तुलनेत, मोटरची अक्षीय लांबी खूपच कमी असते. अंतर्गत चाक मोटर्ससाठी, हे बर्याचदा एक महत्त्वपूर्ण घटक आहे. अक्षीय मोटर्सची संक्षिप्त रचना समान रेडियल मोटर्सपेक्षा उच्च उर्जा घनता आणि टॉर्क घनता सुनिश्चित करते, अशा प्रकारे अत्यंत उच्च ऑपरेटिंग गतीची आवश्यकता दूर करते.

अक्षीय फ्लक्स मोटर्सची कार्यक्षमता देखील खूप जास्त असते, सहसा 96% पेक्षा जास्त असते. बाजारातील सर्वोत्तम 2D रेडियल फ्लक्स मोटर्सच्या तुलनेत हे लहान, एक-आयामी फ्लक्स मार्गाचे आभार आहे, जे कार्यक्षमतेमध्ये तुलना करण्यायोग्य किंवा त्याहूनही जास्त आहे.

मोटरची लांबी कमी असते, साधारणपणे 5 ते 8 पट कमी असते आणि वजनही 2 ते 5 पट कमी होते. या दोन घटकांमुळे इलेक्ट्रिक वाहन प्लॅटफॉर्म डिझाइनर्सची निवड बदलली आहे.

2. अक्षीय प्रवाह तंत्रज्ञान

साठी दोन मुख्य टोपोलॉजी आहेतअक्षीय फ्लक्स मोटर्स: ड्युअल रोटर सिंगल स्टेटर (कधीकधी टॉरस स्टाइल मशीन म्हणून ओळखले जाते) आणि सिंगल रोटर ड्युअल स्टेटर.

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

याचा अर्थ असा आहे की रेडियल फ्लक्स मोटर्सच्या तुलनेत फ्लक्सचा मार्ग खूपच लहान आहे, परिणामी लहान मोटर व्हॉल्यूम, उच्च उर्जा घनता आणि त्याच शक्तीवर कार्यक्षमता येते.

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

अक्षीय चुंबकीय प्रवाह यंत्राचा चुंबकीय प्रवाह मार्ग एक-आयामी आहे, म्हणून धान्याभिमुख विद्युत स्टीलचा वापर केला जाऊ शकतो. हे स्टील फ्लक्समधून जाणे सोपे करते, ज्यामुळे कार्यक्षमता सुधारते.

रेडियल फ्लक्स मोटर्स पारंपारिकपणे वितरित विंडिंग्स वापरतात, वळणाच्या अर्ध्या भागापर्यंत काम करत नाही. कॉइल ओव्हरहँगमुळे अतिरिक्त वजन, खर्च, विद्युत प्रतिरोधकता आणि अधिक उष्णता कमी होईल, ज्यामुळे डिझायनर्सना वळणाची रचना सुधारण्यास भाग पाडले जाईल.

च्या गुंडाळी समाप्तअक्षीय फ्लक्स मोटर्सखूप कमी आहेत, आणि काही डिझाईन्स एकाग्र किंवा खंडित विंडिंग्ज वापरतात, जे पूर्णपणे प्रभावी आहेत. सेगमेंटेड स्टेटर रेडियल मशीन्ससाठी, स्टेटरमधील चुंबकीय फ्लक्स मार्ग फुटल्याने अतिरिक्त नुकसान होऊ शकते, परंतु अक्षीय फ्लक्स मोटर्ससाठी, ही समस्या नाही. कॉइल विंडिंगची रचना ही पुरवठादारांची पातळी ओळखण्याची गुरुकिल्ली आहे.

3. विकास

अक्षीय फ्लक्स मोटर्सना डिझाइन आणि उत्पादनामध्ये काही गंभीर आव्हानांचा सामना करावा लागतो, त्यांचे तांत्रिक फायदे असूनही, त्यांची किंमत रेडियल मोटर्सपेक्षा खूप जास्त आहे. लोकांना रेडियल मोटर्सची खूप सखोल माहिती आहे आणि उत्पादन पद्धती आणि यांत्रिक उपकरणे देखील सहज उपलब्ध आहेत.

अक्षीय फ्लक्स मोटर्सच्या मुख्य आव्हानांपैकी एक म्हणजे रोटर आणि स्टेटरमध्ये एकसमान हवेतील अंतर राखणे, कारण चुंबकीय शक्ती रेडियल मोटर्सपेक्षा खूप जास्त असते, ज्यामुळे एकसमान हवेतील अंतर राखणे कठीण होते. ड्युअल रोटर अक्षीय फ्लक्स मोटरमध्ये उष्णतेचे अपव्यय होण्याच्या समस्या देखील असतात, कारण विंडिंग स्टेटरच्या आत आणि दोन रोटर डिस्क्समध्ये खोलवर स्थित असते, ज्यामुळे उष्णता नष्ट करणे खूप कठीण होते.

अक्षीय फ्लक्स मोटर्स देखील अनेक कारणांमुळे तयार करणे कठीण आहे. योक्स टोपोलॉजीसह ड्युअल रोटर मशीन वापरून ड्युअल रोटर मशीन (म्हणजे स्टेटरमधून लोखंडी जू काढून टाकणे परंतु लोखंडी दात टिकवून ठेवणे) मोटर व्यास आणि चुंबकाचा विस्तार न करता यापैकी काही समस्यांवर मात करते.

तथापि, जू काढून टाकल्याने नवीन आव्हाने येतात, जसे की यांत्रिक योक कनेक्शनशिवाय वैयक्तिक दात कसे निश्चित करावे आणि कसे ठेवावे. थंड करणे हे देखील मोठे आव्हान आहे.

रोटरची निर्मिती करणे आणि हवेतील अंतर राखणे देखील अवघड आहे, कारण रोटर डिस्क रोटरला आकर्षित करते. फायदा असा आहे की रोटर डिस्क्स थेट शाफ्ट रिंगद्वारे जोडलेले आहेत, त्यामुळे सैन्याने एकमेकांना रद्द केले आहे. याचा अर्थ असा आहे की अंतर्गत बेअरिंग या शक्तींचा सामना करत नाही आणि त्याचे एकमेव कार्य म्हणजे स्टेटरला दोन रोटर डिस्क्सच्या मधल्या स्थितीत ठेवणे.

डबल स्टेटर सिंगल रोटर मोटर्स गोलाकार मोटर्सच्या आव्हानांना तोंड देत नाहीत, परंतु स्टेटरची रचना अधिक जटिल आणि ऑटोमेशन प्राप्त करणे कठीण आहे आणि संबंधित खर्च देखील जास्त आहेत. कोणत्याही पारंपारिक रेडियल फ्लक्स मोटरच्या विपरीत, अक्षीय मोटर उत्पादन प्रक्रिया आणि यांत्रिक उपकरणे अलीकडेच उदयास आली आहेत.

4. इलेक्ट्रिक वाहनांचा वापर

ऑटोमोटिव्ह उद्योगात विश्वासार्हता महत्त्वाची आहे आणि विविध प्रकारची विश्वासार्हता आणि मजबुती सिद्ध करणेअक्षीय फ्लक्स मोटर्सया मोटर्स मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी योग्य आहेत हे निर्मात्यांना पटवून देणे नेहमीच एक आव्हान होते. यामुळे अक्षीय मोटर पुरवठादारांना स्वतःहून विस्तृत प्रमाणीकरण कार्यक्रम पार पाडण्यास प्रवृत्त केले आहे, प्रत्येक पुरवठादाराने हे दाखवून दिले आहे की त्यांची मोटर विश्वासार्हता पारंपारिक रेडियल फ्लक्स मोटर्सपेक्षा वेगळी नाही.

एक मध्ये बाहेर बोलता शकता की एकमेव घटकअक्षीय फ्लक्स मोटरबेअरिंग आहे. अक्षीय चुंबकीय प्रवाहाची लांबी तुलनेने लहान आहे, आणि बियरिंग्जची स्थिती जवळ आहे, सामान्यत: किंचित "ओव्हर डायमेंशन" करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे. सुदैवाने, अक्षीय फ्लक्स मोटरमध्ये लहान रोटर वस्तुमान आहे आणि कमी रोटर डायनॅमिक शाफ्ट भार सहन करू शकतो. म्हणून, बीयरिंगवर लागू केलेले वास्तविक बल रेडियल फ्लक्स मोटरच्या तुलनेत खूपच लहान आहे.

इलेक्ट्रॉनिक एक्सल हे अक्षीय मोटर्सच्या पहिल्या ऍप्लिकेशन्सपैकी एक आहे. पातळ रुंदी मोटार आणि गिअरबॉक्सला एक्सलमध्ये एन्कॅप्स्युलेट करू शकते. हायब्रीड ऍप्लिकेशन्समध्ये, मोटरची लहान अक्षीय लांबी ट्रान्समिशन सिस्टमची एकूण लांबी कमी करते.

पुढील पायरी चाक वर अक्षीय मोटर स्थापित करणे आहे. अशा प्रकारे, मोटारची कार्यक्षमता सुधारून, मोटरमधून थेट चाकांपर्यंत शक्ती प्रसारित केली जाऊ शकते. ट्रान्समिशन, डिफरेंशियल आणि ड्राईव्हशाफ्ट्स काढून टाकल्यामुळे, सिस्टमची जटिलता देखील कमी झाली आहे.

तथापि, असे दिसते की मानक कॉन्फिगरेशन अद्याप दिसून आले नाहीत. प्रत्येक मूळ उपकरण निर्माता विशिष्ट कॉन्फिगरेशनवर संशोधन करत आहे, कारण अक्षीय मोटर्सचे वेगवेगळे आकार आणि आकार इलेक्ट्रिक वाहनांच्या डिझाइनमध्ये बदल करू शकतात. रेडियल मोटर्सच्या तुलनेत, अक्षीय मोटर्सची उर्जा घनता जास्त असते, याचा अर्थ लहान अक्षीय मोटर्स वापरल्या जाऊ शकतात. हे वाहन प्लॅटफॉर्मसाठी नवीन डिझाइन पर्याय प्रदान करते, जसे की बॅटरी पॅकची नियुक्ती.

4.1 खंडित आर्मेचर

YASA (योकलेस आणि सेगमेंटेड आर्मेचर) मोटर टोपोलॉजी हे ड्युअल रोटर सिंगल स्टेटर टोपोलॉजीचे उदाहरण आहे, जे उत्पादनाची जटिलता कमी करते आणि स्वयंचलित मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी योग्य आहे. या मोटर्समध्ये 2000 ते 9000 rpm वेगाने 10 kW/kg पर्यंत पॉवर डेन्सिटी असते.

समर्पित कंट्रोलरचा वापर करून, ते मोटरसाठी 200 kVA चा करंट प्रदान करू शकते. कंट्रोलरचे व्हॉल्यूम अंदाजे 5 लिटर आहे आणि त्याचे वजन 5.8 किलोग्रॅम आहे, ज्यामध्ये डायलेक्ट्रिक ऑइल कूलिंगसह थर्मल व्यवस्थापन समाविष्ट आहे, अक्षीय फ्लक्स मोटर्स तसेच इंडक्शन आणि रेडियल फ्लक्स मोटर्ससाठी योग्य आहे.

हे इलेक्ट्रिक वाहन मूळ उपकरणे निर्माते आणि प्रथम श्रेणीच्या विकासकांना अनुप्रयोग आणि उपलब्ध जागेच्या आधारावर योग्य मोटर निवडण्याची परवानगी देते. लहान आकार आणि वजन वाहन हलके बनवते आणि त्यात जास्त बॅटरी असतात, ज्यामुळे श्रेणी वाढवते.

5. इलेक्ट्रिक मोटरसायकलचा अर्ज

इलेक्ट्रिक मोटरसायकल आणि ATV साठी, काही कंपन्यांनी AC अक्षीय फ्लक्स मोटर्स विकसित केल्या आहेत. या प्रकारच्या वाहनासाठी सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या डिझाईनमध्ये डीसी ब्रश आधारित अक्षीय फ्लक्स डिझाइन आहे, तर नवीन उत्पादन एसी, पूर्णपणे सीलबंद ब्रशलेस डिझाइन आहे.

DC आणि AC दोन्ही मोटर्सचे कॉइल स्थिर राहतात, परंतु दुहेरी रोटर्स रोटेटिंग आर्मेचरऐवजी कायम चुंबक वापरतात. या पद्धतीचा फायदा असा आहे की त्याला यांत्रिक उलट करण्याची आवश्यकता नाही.

AC अक्षीय डिझाइन रेडियल मोटर्ससाठी मानक तीन-फेज एसी मोटर नियंत्रक देखील वापरू शकते. हे खर्च कमी करण्यास मदत करते, कारण नियंत्रक टॉर्कचा प्रवाह नियंत्रित करतो, वेग नाही. कंट्रोलरला 12 kHz किंवा त्याहून अधिक वारंवारता आवश्यक आहे, जी अशा उपकरणांची मुख्य प्रवाहाची वारंवारता आहे.

उच्च वारंवारता 20 µ H च्या खालच्या विंडिंग इंडक्टन्समधून येते. वर्तमान लहरी कमी करण्यासाठी आणि शक्य तितक्या गुळगुळीत सायनसॉइडल सिग्नल सुनिश्चित करण्यासाठी वारंवारता वर्तमान नियंत्रित करू शकते. डायनॅमिक दृष्टीकोनातून, वेगवान टॉर्क बदलांना अनुमती देऊन नितळ मोटर नियंत्रण मिळवण्याचा हा एक उत्तम मार्ग आहे.

हे डिझाइन वितरीत डबल-लेयर विंडिंगचा अवलंब करते, त्यामुळे चुंबकीय प्रवाह रोटरमधून दुसऱ्या रोटरकडे स्टेटरद्वारे वाहतो, अतिशय लहान मार्ग आणि उच्च कार्यक्षमतेसह.

या डिझाइनची मुख्य गोष्ट म्हणजे ते 60 V च्या कमाल व्होल्टेजवर कार्य करू शकते आणि उच्च व्होल्टेज सिस्टमसाठी योग्य नाही. त्यामुळे, याचा वापर इलेक्ट्रिक मोटरसायकल आणि L7e वर्गाच्या चार चाकी वाहनांसाठी जसे की Renault Twizy साठी केला जाऊ शकतो.

60 V चे कमाल व्होल्टेज मोटरला मुख्य प्रवाहातील 48 V इलेक्ट्रिकल सिस्टीममध्ये समाकलित करण्याची परवानगी देते आणि देखभाल कार्य सुलभ करते.

युरोपियन फ्रेमवर्क रेग्युलेशन 2002/24/EC मधील L7e ​​फोर-व्हील मोटरसायकल स्पेसिफिकेशन्समध्ये असे नमूद केले आहे की, बॅटरीचे वजन वगळून माल वाहतूक करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या वाहनांचे वजन 600 किलोग्रॅमपेक्षा जास्त नसावे. या वाहनांना 200 किलोग्रॅमपेक्षा जास्त प्रवासी, 1000 किलोग्रॅमपेक्षा जास्त माल वाहून नेण्याची परवानगी नाही आणि 15 किलोवॅटपेक्षा जास्त इंजिन पॉवर नाही. वितरित वळण पद्धत 75-100 Nm चा टॉर्क प्रदान करू शकते, 20-25 kW च्या पीक आउटपुट पॉवरसह आणि 15 kW च्या सतत पॉवरसह.

अक्षीय प्रवाहाचे आव्हान तांबे विंडिंग्स उष्णता कसे विसर्जित करतात हे आहे, जे कठीण आहे कारण उष्णता रोटरमधून जाणे आवश्यक आहे. वितरित विंडिंग ही समस्या सोडवण्याची गुरुकिल्ली आहे, कारण त्यात मोठ्या संख्येने पोल स्लॉट आहेत. अशाप्रकारे, तांबे आणि कवच यांच्यामध्ये पृष्ठभागाचे मोठे क्षेत्र आहे आणि उष्णता बाहेरून हस्तांतरित केली जाऊ शकते आणि प्रमाणित द्रव शीतकरण प्रणालीद्वारे सोडली जाऊ शकते.

एकापेक्षा जास्त चुंबकीय ध्रुव हे सायनसॉइडल वेव्ह फॉर्म वापरण्यासाठी महत्त्वाचे आहेत, जे हार्मोनिक्स कमी करण्यास मदत करतात. हे हार्मोनिक्स चुंबक आणि गाभा गरम केल्याने प्रकट होतात, तर तांबे घटक उष्णता वाहून नेऊ शकत नाहीत. जेव्हा चुंबक आणि लोह कोरमध्ये उष्णता जमा होते, तेव्हा कार्यक्षमता कमी होते, म्हणूनच मोटर कार्यक्षमतेसाठी वेव्हफॉर्म आणि उष्णता मार्ग अनुकूल करणे महत्वाचे आहे.

मोटारचे डिझाइन खर्च कमी करण्यासाठी आणि स्वयंचलित मोठ्या प्रमाणात उत्पादन मिळविण्यासाठी अनुकूल केले गेले आहे. एक्स्ट्रुडेड हाऊसिंग रिंगला जटिल यांत्रिक प्रक्रियेची आवश्यकता नसते आणि सामग्रीची किंमत कमी करू शकते. कॉइलला थेट जखमा केल्या जाऊ शकतात आणि योग्य असेंबली आकार राखण्यासाठी वळण प्रक्रियेदरम्यान बाँडिंग प्रक्रिया वापरली जाते.

मुख्य मुद्दा असा आहे की कॉइल मानक व्यावसायिकरित्या उपलब्ध वायरपासून बनलेली आहे, तर लोखंडी कोर शेल्फ ट्रान्सफॉर्मर स्टीलच्या मानकाने लॅमिनेटेड आहे, ज्याला फक्त आकारात कापण्याची आवश्यकता आहे. इतर मोटर डिझाईन्ससाठी कोर लॅमिनेशनमध्ये मऊ चुंबकीय सामग्री वापरणे आवश्यक आहे, जे अधिक महाग असू शकते.

वितरित विंडिंग्सचा वापर म्हणजे चुंबकीय स्टीलचे विभाजन करणे आवश्यक नाही; ते सोपे आकार आणि उत्पादन सोपे असू शकतात. चुंबकीय स्टीलचा आकार कमी करणे आणि त्याची निर्मिती सुलभता सुनिश्चित करणे खर्च कमी करण्यावर महत्त्वपूर्ण परिणाम करते.

या अक्षीय फ्लक्स मोटरचे डिझाइन देखील ग्राहकांच्या गरजेनुसार सानुकूलित केले जाऊ शकते. ग्राहकांनी मूलभूत डिझाइनच्या आसपास विकसित केलेल्या सानुकूलित आवृत्त्या आहेत. नंतर लवकर उत्पादन पडताळणीसाठी चाचणी उत्पादन लाइनवर उत्पादित केले जाते, जे इतर कारखान्यांमध्ये प्रतिरूपित केले जाऊ शकते.

कस्टमायझेशन हे मुख्यत्वे कारण आहे कारण वाहनाचे कार्यप्रदर्शन केवळ अक्षीय चुंबकीय फ्लक्स मोटरच्या डिझाइनवरच अवलंबून नाही तर वाहन संरचना, बॅटरी पॅक आणि बीएमएसच्या गुणवत्तेवर देखील अवलंबून असते.