¿Qué es el flujo magnético axial?
1.? Introducción al motor de flujo axial
2.? Ventajas y desventajas del motor de flujo axial
3.? Motor de flujo axial de potencia de cubo
1. Introducción al motor de flujo axial
1. El primer generador del mundo fue un motor de flujo axial.
En 1831, el físico británico Faraday inventó el primer motor real del mundo, el Generador de Discos de Faraday, que era el prototipo del motor de flujo axial. Este generador se compone principalmente de discos, cepillos e imanes de herradura. Faraday colocó un disco metálico giratorio en el campo magnético de un imán y usó un amperímetro para medir la corriente entre el borde del disco y su eje. Los experimentos muestran que cuando el disco gira, el amperímetro se desvía, lo que demuestra que hay corriente en el circuito, es decir, la energía mecánica se convierte en energía eléctrica.
Motor de flujo axial Faraday
Debido a las limitaciones en materiales, estructuras y procesos, así como a la demanda tardía de aplicaciones a gran escala de equipos eléctricos móviles como vehículos de nueva energía, en En los últimos 200 años, motores de flujo axial Los motores de flujo nunca se han industrializado. La razón es que el cálculo electromagnético es difícil, la selección de materiales es difícil y el proceso es difícil. Los materiales, las estructuras y los procesos están acoplados entre sí, y la dificultad aumenta exponencialmente.
2. ¿Qué es un motor de flujo axial?
Los motores de flujo axial también se denominan "motores de disco" debido a su apariencia plana y sus cortas dimensiones axiales. El entrehierro es plano y el campo magnético del entrehierro se distribuye a lo largo de la dirección axial.
Las trayectorias del flujo magnético de los motores axiales y radiales son básicamente las mismas. Son emitidas por el imán permanente de polo N, pasan a través del entrehierro, el estator, el entrehierro, el polo S, el núcleo del rotor y. finalmente regrese al polo N. Sin embargo, las direcciones de sus trayectorias de flujo son diferentes. La dirección de toda la trayectoria del flujo magnético del motor de flujo axial es primero a través de la dirección axial, luego a través del cierre circunferencial del yugo del estator, luego a través de la dirección axial hacia el polo S y finalmente a través del cierre circunferencial del disco del rotor. para formar todo el bucle. La dirección de la trayectoria del flujo magnético del motor de flujo radial se cierra primero a lo largo de la dirección radial, luego se cierra a lo largo de la dirección circunferencial del yugo del estator, luego se cierra a lo largo de la dirección radial hasta el polo S y finalmente se cierra a lo largo de la dirección circunferencial del rotor. núcleo para formar el bucle completo.
Ruta de flujo del motor de eje
Ruta de flujo del motor radial
El motor de flujo axial funciona a través de la interacción de imanes permanentes (rotor) y electroimanes para hacer girar el rotor. Cuando la bobina del estator se energiza y se convierte en un electroimán, aparecerán los polos N y S, mientras que los polos N y S del rotor están fijos. Según el principio de repulsión igual y atracción opuesta, el polo S del rotor será atraído por el polo N del estator, y el polo N del rotor será repelido por el polo N del estator, formando así una tangencial. fuerza del componente, lo que hace que el rotor gire. Al energizar bobinas en diferentes posiciones para formar una fuerza tangencial estable, el rotor también puede obtener una salida de par estable.
3. Estructura del motor de flujo axial
Los componentes principales del motor de flujo axial y del motor de flujo radial están compuestos por el estator (núcleo del estator y devanado) y el rotor (motor de flujo permanente). Núcleo del imán y del rotor). El diámetro exterior y el diámetro interior del núcleo del estator y del núcleo del rotor del motor de flujo axial son iguales, pero la longitud axial es diferente. La parte del estator y la parte del rotor están ensambladas entre sí a lo largo de la dirección axial; parte del motor de flujo radial se ensambla dentro de la parte del estator, las longitudes axiales del núcleo del estator y el núcleo del rotor de esta estructura son consistentes.
Modelos de motores de flujo axial y radial
Según el número de rotores, posiciones relativas y circuitos magnéticos principales, las estructuras de los motores de flujo axial se pueden dividir en cuatro categorías: estator simple Estructura de rotor, estructura de rotor simple de doble estator, estructura de rotor doble de estator simple y estructura de discos múltiples.
2. Ventajas y desventajas del motor de flujo axial
1. Ventajas
La principal ventaja técnica del motor de flujo axial es que el rotor giratorio está ubicado en el Lado del estator (no dentro del estator), entonces el diámetro del rotor es mayor, par = fuerza × radio, por lo que se puede obtener una salida de par mayor bajo la misma fuerza. Esto significa que se puede obtener una mayor salida de par mientras se proporciona el mismo material de imán permanente y material de alambre de cobre, lo cual es muy adecuado para vehículos de alto rendimiento.
Motor de flujo axial
En comparación con el motor de campo magnético radial, el motor de campo magnético axial tiene un entrehierro de doble cara más grande bajo un cierto tamaño y la eficiencia de utilización del campo magnético es mayor. La potencia de salida es mayor.
Bajo el mismo par de salida, velocidad y potencia, en comparación con el motor de flujo radial:
El tamaño axial de (1) se acorta en más del 50 %, más adecuado para ocasiones con altos requerimientos de espacio.
(2) El peso se reduce en aproximadamente un 50%, lo que puede mejorar la movilidad del equipo y lograr un peso ligero.
El tamaño más pequeño del motor de flujo axial también enriquece la libertad de diseño del automóvil. Por ejemplo, se pueden instalar motores axiales en las cuatro ruedas según sea necesario, formando así una distribución vectorial del par entre las cuatro ruedas, permitiendo que el vehículo tenga un mejor manejo.
Constantine Ness, jefe de I+D de transmisión y propulsión eléctrica de Mercedes-Benz, dijo: "En comparación con los motores tradicionales, los motores de flujo axial utilizan menos material y tienen una estructura más simple "cuando existe el número de proveedores. crece el segmento, pueden controlar bien los costes." En este sentido, podemos especular que los motores axiales no serán exclusivos de los modelos AMG.
2. Desventajas:
La gente ya tiene un conocimiento profundo de los motores radiales y sus métodos de fabricación y equipos mecánicos también están disponibles. Sin embargo, el diseño y la producción de motores de flujo axial. Hay algunos desafíos serios por delante.
Para los motores de flujo axial de doble rotor, la disipación de calor es muy difícil porque los devanados están ubicados profundamente en el estator y entre los dos discos del rotor. La estructura de enfriamiento del motor axial tradicional está ubicada en ambos lados radiales de la carcasa. Tiene un buen efecto de enfriamiento en el núcleo del estator y los devanados, pero un efecto de enfriamiento deficiente en el rotor (imán permanente) y el soporte. Los imanes permanentes son los componentes más sensibles a la temperatura y es probable que el sobrecalentamiento provoque fallas.
Entrehierro
El espacio entre el estator y el rotor se llama entrehierro, y el entrehierro es una parte importante del circuito magnético del motor. El rotor de flujo axial se coloca plano sobre el estator y el área del entrehierro es significativamente mayor, lo que requiere un acabado superficial y una uniformidad del entrehierro extremadamente altos. Esto significa que los requisitos de precisión de fabricación y de montaje son muy altos, lo que da como resultado costes de fabricación extremadamente altos y una flexibilidad de producción extremadamente baja. La gran dificultad de fabricación también conduce a una escala de producción insuficiente de motores de flujo axial, una pequeña capacidad de mercado y piezas y componentes insuficientes. No sólo el motor de flujo axial en sí, sino también el movimiento axial causado por la carga del extremo trasero conectado al eje de transmisión afectará seriamente el nivel de fuerza magnética entre el rotor y el estator del motor de flujo axial. Una vez superado el punto crítico, el rotor será succionado por el estator, lo que será un desastre. Estas deficiencias, a su vez, dificultan la aplicación de motores de flujo axial, lo que da como resultado un pequeño número de profesionales en este campo, una baja madurez del producto y una falta de sistemas de verificación de I+D.
3. Motor de flujo axial de potencia de cubo
El motor de flujo axial tiene las ventajas de tamaño pequeño, peso ligero y alta eficiencia, debido a las limitaciones de materiales, procesos y estructuras. , etc. Debido a problemas técnicos, no ha habido una aplicación industrial a gran escala en el país ni en el extranjero. Hub Power tardó cinco años en completar la investigación y el desarrollo de materiales, procesos y equipos especiales en 2020, y tomó la iniciativa en la realización de aplicaciones industriales en el campo de los motores de flujo axial. Con la misma potencia de salida, los productos de motor de campo magnético axial de potencia de cubo son un 50% más livianos que los productos de motor de imán permanente ordinarios, y el tamaño axial se reduce en más de un 50%. El gráfico de eficiencia puede alcanzar el doble del 90%, logrando aplicaciones más eficientes. recursos y energía.
Como se muestra en la figura siguiente, las tres rutas técnicas de los motores de flujo axial de potencia de cubo cubren diferentes necesidades desde 350 W hasta 900 KW. Las rutas técnicas y el diseño de la línea de productos son cada vez más maduros.
Comparación entre el motor de flujo axial de cubo y el motor tradicional:
*Motor tradicional:
(1) El acero al silicio adopta un proceso de punzonado y el alambre de cobre adopta un proceso integrado ordinario. Proceso de alambre, los extremos del alambre de cobre son más largos.
(2) Utilizando tecnología de pintura por impregnación. La capacidad de disipación de calor, la resistencia de fijación y la capacidad de aislamiento son promedio.
(3) Utilizando tecnología ordinaria de estampado e incrustación. El factor de seguridad del rotor es 1,3. El rotor es pesado, tiene un gran momento de inercia y una gran pérdida de hierro.
(4) En el diseño de un solo canal, no hay disipación de calor en la superficie de contacto del reductor o es necesario agregar una unidad de enfriamiento de aceite. ?
(5) Grado de protección IP67. A temperatura y presión normales, aún se puede utilizar normalmente después de remojarlo en agua por debajo de 1 metro durante más de 0,5 horas.
(6) Generalmente, los canales de agua no pueden disipar el calor a la caja de cambios, lo que fácilmente puede hacer que el sello de aceite envejezca rápidamente. Generalmente es necesario reemplazarlo cada 2 o 3 años.
*Por el contrario, el motor axial del cubo:
(1) El acero al silicio del estator adopta un proceso integral de estampado y bobinado, y el alambre de cobre adopta un proceso de bobinado centralizado. con alta integración y extremos de alambre de cobre. La cabeza es más corta y la pérdida de cobre se reduce en un 15.
(2) Utilizando materiales compuestos especiales y tecnología de acero magnético de montaje superficial. El factor de seguridad del rotor alcanza 5; el peso es sólo el 50% del de un rotor de motor normal y el momento de inercia se reduce en un 30%.
(3) Desarrollar de forma independiente materiales de encapsulado especiales, tecnología y equipos de encapsulado especiales y embalaje general para mejorar las capacidades de aislamiento y disipación de calor. La disipación de calor aumenta 4 veces y la resistencia de aislamiento aumenta 25 veces.
(4) Utilizando un diseño de canal de agua tipo sándwich de doble cara, el motor también tiene disipación de calor en la superficie de contacto de la caja de cambios.
(5)El grado de protección del motor es IP68. Todavía se puede utilizar normalmente después de haber estado sumergido en agua a una profundidad de 1 metro durante más de 36 horas. ?
A medida que la tecnología de producción y los procesos de fabricación continúan madurando, las ventajas de densidad de masa de potencia de los motores de flujo axial se vuelven cada vez más obvias. En la actualidad, la densidad de potencia de los motores de flujo axial producidos en masa con potencia de cubo ha alcanzado los 8,17 kW/kg, y el nivel de eficiencia energética ha superado por completo el estándar IE5 y ha alcanzado el nivel líder mundial. Con la misma potencia de salida, el motor de flujo axial con buje es más pequeño y liviano, como se muestra en la siguiente figura.