1) Мощность лазера: мощность лазера в значительной степени определяет эффект готового продукта, но дело не в том, что чем больше мощность лазера, тем лучше эффект. Напротив, если в некоторых материалах используется лазерная трубка с большей мощностью, эффект будет плохим, поэтому в зависимости от материала и содержания гравировки следует выбирать соответствующую мощность лазера. Например, для гравировки на акриле и ПВХ не требуется много энергии, а для гравировки по дереву и камню и резки любого материала требуется более мощный лазерный модуль. Получите вдвое больший результат с половиной усилий;
2) Материал для гравировки: из-за влияния мощности лазера, разной мощности лазера, материал для гравировки отличается, поэтому вы должны выбрать подходящий гравировальный станок в соответствии с вашим собственным гравировальным материалом. Если вы используете только общие материалы для гравировальных машин, такие как картон и акрил, вам нужно выбирать только маломощные. Если вы хотите гравировать камень, дерево и другие материалы, рекомендуется выбирать мощные;
3) Скорость и точность гравировки: самая большая разница между лазерным гравировальным станком и традиционной гравировкой и ручной гравировкой заключается в том, что лазерные гравировальные станки с высокой точностью и высокой точностью гравировки более популярны, поэтому при выборе вы должны обратить внимание на гравировку лазерных гравировальных машин. Точность — это параметр. Чем выше точность гравировки, тем лучше эффект и больше довольны потребители и покупатели. Как бизнесмен, производство большего количества продуктов за одно и то же время может принести больше прибыли, поэтому скорость гравировки Скорость — ключ к заработку;
4) Безопасность: лазер имеет высокую плотность мощности и энергию, а его яркость в десятки раз выше, чем у солнечного света и дуги. Когда лазер облучает глаза или кожу, если максимально допустимое облучение человеческого тела будет превышено, это вызовет повреждение тканей;
① Повреждение глаз:
Прямое облучение глаз лазером приведет к повреждению сетчатки, потере зрения, а в тяжелых случаях может мгновенно ослепить людей.
② Повреждение кожи:
Если кожа подвергается прямому облучению лазером, особенно сфокусированным лучом, он может обжечь кожу, и этот вид ожога будет трудно излечить. Плотность мощности лазера очень высока, повреждения больше, и он может вызвать серьезные ожоги. Длительное диффузное отражение ультрафиолетового и инфракрасного света вызовет серьезные последствия, такие как старение кожи человека, воспаление и даже рак кожи;
③ Скрытая опасность поражения электрическим током:
Оборудование для лазерной обработки также включает в себя от тысяч до десятков тысяч вольт высоковольтного электричества и оборудование для хранения энергии с большими конденсаторами. При неправильной эксплуатации или неисправности он может вызвать смертельный удар электрическим током для человеческого тела;
④ Вредный газ:
При лазерной сварке, резке или плакировании определенных материалов эти материалы нагреваются лазером для испарения, испарения и образования различных токсичных паров металлов, а также озона, выделяемого плазмой, образующейся вблизи режущей поверхности во время нагрева мощным лазером. Есть определенные повреждения человеческого тела;
Поэтому при использовании лазерного гравировального станка не смотрите прямо на лазерный луч. Приобретая товар, обратите внимание, есть ли на нем защитные очки; при этом есть ли защитная функция при смещении гравировального станка, выходе компьютера из строя или длительном неработающем. Машина; Особое внимание следует уделять тому, чтобы дети не могли управлять машиной в одиночку, чтобы избежать ненужных травм;
5) Размер гравировки: знайте размер продукта, который вы хотите обработать: выберите подходящий лазерный гравировальный станок в соответствии с фактическим размером продукта, который вы хотите гравировать, то есть выбор размера гравировки лазерного гравировального станка, например, продукт, который вы хотите выгравировать Размер: 130 мм * 90 мм, затем вы можете выбрать модель с размером гравировки: 150 мм * 160 мм, но не обязательно, чтобы формат машины был большим, потому что оборудование большого формата имеет Конечно, дороже, а некоторые станки низкого качества Средняя мощность лазера каждой точки оборудования на большом формате нестабильна, что приводит к разной глубине гравированных продуктов на одном столе, поэтому правильно выбрать наиболее подходящий размер гравировки .

Осевой вентилятор Polar Bear ECR 252 M2 EC серии ECR c EC-двигателем

Осевые вентиляторы ЕCR EC оснащены электронно-коммутируемым двигателем (EC-двигателем) с внешним ротором и крыльчаткой. Корпус вентилятора и защитная решётка изготавливаются из стали и окрашиваются в черный цвет.
Вентиляторы ЕCR предназначены для соединения с воздуховодами круглого сечения. Степень защиты электродвигателя IP 54.

Преимущества вентиляторов ECR EC

• Низкое энергопотребление. Высокий КПД двигателя (более 90%) позволяет снизить эксплуатационные затраты минимум на 30%.
• Плавная и точная регулировка. Управление вентилятором осуществляется при помощи управляющего сигнала 0–10 В. При изменении значения управляющего сигнала вентилятор изменяет скорость вращения и подаёт ровно столько воздуха, сколько необходимо для вентиляционной системы.
• Пусковые токи сведены к минимуму, так как встроенная электронная система управления при запуске вентилятора плавно доводит величину тока от минимальных значений до рабочего. Благодаря этому, достигается существенная экономия на электропроводке и пусковой аппаратуре.
• Низкий уровень шума в режиме малых оборотов.
• Длительный срок службы, высокая надежность и повышенный ресурс работы из-за отсутствия трущихся и изнашивающихся деталей.

Установка вентилятора

Вентиляторы можно устанавливать в любом положении. 

Регулирование скорости

Регулирование скорости вентиляторов осуществляется в диапазоне от 0 до 100% с помощью встроенного потенциометра или внешним сигналом 0–10 В. Потенциометр установлен в клеммной коробке и при необходимости управления внешним регулятором встроенный потенциометр необходимо отключить.

Защита двигателя

Все двигатели оснащены встроенной защитой от перегрузки. Вентиляторы ECR 454 M4 EC, ECR 504 M4 EC и ECR 606 M6 EC имеют два подсоединительных вывода реле аварии (AL), к которым можно подключать устройство аварийной сигнализации.

Аксессуары

Регуляторы скорости, модули управления, инерционные и защитные решётки, и т. д.

Монтаж вентилятора

• Все вентиляторы поставляются полностью в собранном виде, готовые к подключению.
• Электрическое подключение и монтаж должны выполняться только квалифицированным персоналом в соответствии с инструкцией по монтажу.
• Параметры электропитания должны соответствовать спецификации на табличке вентилятора.
• Вся электропроводка и соединения должны быть выполнены в соответствии c правилами техники безопасности.
• Электрическое подключение должно выполняться в соответствии со схемой подключения, приведённой на клеммной коробке, согласно маркировке клемм.
• Питающее напряжение на вентиляторы с вынесенными термоконтактами всегда должно подаваться через внешнее устройство, отключающее питание при размыкании термоконтактов.
• Вентиляторы должны быть заземлены.
• Вентилятор должен быть установлен в соответствии с направлением потока воздуха (см. стрелку на вентиляторе).
• Вентиляторы должны быть смонтированы таким образом, чтобы имелся доступ для безопасного обслуживания.

Условия работы

• Вентиляторы не должны эксплуатироваться во взрывоопасных помещениях, недопустимо соединение с дымоходами.
• Вентиляторы не допускается использовать для перемещения взрывчатых газов, пыли, сажи, муки и т.п.
• Вентиляторы предназначены для непрерывной работы. Не рекомендуется производить частое включение и выключение вентиляторов.

Обслуживание

Единственное требуемое обслуживание – очистка. Рекомендуется производить осмотр и очистку вентилятора каждые шесть месяцев непрерывной эксплуатации для предотвращения разбалансировки или преждевременного выхода из строя

Перед обслуживанием убедитесь, что

• Прекращена подача напряжения.
• Рабочее колесо вентилятора полностью остановилось.
• Двигатель и рабочее колесо полностью остыли.

При очистке вентилятора

• Не используйте агрессивные моющие средства, острые предметы и устройства, работающие под высоким давлением.
• Следите, чтобы не нарушилась балансировка рабочего колеса вентилятора и отсутствовали его перекосы.
• В случае ненормально высокого шума работы вентилятора проверьте рабочее колесо на перекос.
• Подшипники, в случае повреждения, подлежат замене.

В случае неисправности

• Проверить, поступает ли напряжение на вентилятор.
• Отключить напряжение и убедиться, что рабочее колесо не заблокировано и не сработало устройство защиты двигателя (термоконтакт).
• Проверить подключение конденсатора (1-фазные). Если после проверки вентилятор не включается или перезапускается термоконтакт, свяжитесь с вашим поставщиком.
• В случае возврата вентилятора – очистить рабочее колесо, двигатель и соединительные провода не должны иметь повреждений; обязательно наличие письменного описания неисправности – заявления.

Комплектация объекта или подбор аналогов

Залог своевременности поставок оборудования – это качественная организация системы снабжения и сотрудничество с опытным, надежным партнером. 

Если Вам необходимо просчитать проект (спецификацию) или произвести подбор аналогов на удешевление объекта, просим прислать ваш запрос на [email protected] наши специалисты в кротчайшие сроки подготовят ценовое предложение в рамках заложенного бюджета и с минимально возможным авансированием! 

Мы реализуем только высококачественное оборудование от лучших брендов по выгодным ценам. 

Для выбора и приобретения необходимого товара вы можете обратиться к нашим менеджерам по телефону, а также использовать форму онлайн-заказа или отправить запрос на e-mail. Мы гарантируем высокое качество представленного оборудования, а также его быструю доставку по всей России. Ежедневно с 9 до 21

+7 (495) 975-90-45

Новое поколение электромоторов с осевым потоком

Статья изначально размещена на

https://www. designnews.com/content/new-generation-axial-flux-ev-motors/186519862158706

При всем упоре на технологию литий-ионных аккумуляторов для электромобилей (EV) иногда легко забыть, что электродвигатель — это устройство, которое фактически приводит транспортное средство в движение. Возможно, это связано с тем, что в большинстве электромобилей используются двигатели аналогичной базовой конфигурации. Теперь у компании в Бельгии есть дизайн, который, как она надеется, изменит.

Статус-кво

Наиболее часто используемая электрическая силовая установка как для гибридных, так и для аккумуляторных электромобилей, использует тяговый двигатель с постоянным магнитом и синхронным радиальным потоком. Такие двигатели также называют синхронными бесщеточными двигателями постоянного тока (BLDC). Основываясь на конструкциях насосов и промышленных двигателей, в прочной конструкции используются магниты из редкоземельных металлов, расположенные вдоль внешних краев пластины, называемой ротором. Легирование редкоземельных материалов, таких как неодим и диспрозий, в железо создает магниты с гораздо большей магнитной силой, чем стандартные железные магниты.

Для обеспечения вращения синхронного двигателя BLDC обмотки из медной проволоки, называемые статором, окружают ротор и взаимодействуют с магнитными полями постоянных магнитов. Путем осторожного включения различных участков статора в нужное время, вращающая сила может быть передана ротору, и двигатель начнет вращаться. Для этого требуется сложная силовая электроника, стоимость которой за последние годы значительно снизилась. Обратной стороной двигателя BLDC с радиальным потоком является его размер и вес.Для электромобиля даже со скромными характеристиками такой мотор может весить более 100 фунтов.

Радиальный поток

В двигателе BLDC с радиальным потоком магниты расположены так, что их полюса лежат радиально на внешнем крае ротора. Магнитный поток от магнитов взаимодействует с обмотками статора. Магнитная петля начинается у первого постоянного магнита на роторе, пересекая воздушный зазор между ротором и статором. Затем он проходит через первый металлический зубец на статоре.Поток проходит по стальному сердечнику статора, пока не проходит через второй зубец на статоре, а затем возвращается ко второму магниту на роторе.

Другой путь

Есть еще один способ, который частично основан на конструкции, которую Никола Тесла исследовал и запатентовал в 1889 году. Двигатель с осевым потоком размещает постоянные магниты на поверхности ротора и помещает статор перед ротором. Чтобы уравновесить магнитные силы, часто используются два ротора — по одному с каждой стороны статора.Магнитная петля начинается у магнита на роторе и проходит через воздушный зазор между ротором и статором. Поток проходит в осевом направлении через первый зуб статора и сразу же достигает второго магнита (когда используются сдвоенные роторы). В отличие от двигателя с радиальным магнитным потоком, путь потока является одномерным, что позволяет использовать магнитные стали с ориентированными зернами для большей эффективности.

Двигатели с осевым потоком были изучены британским изобретателем и энтузиастом электромобилей Седриком Линчем еще в 1979 году. Его конструкция электродвигателя постоянного тока с щеткой удерживала магниты в неподвижном состоянии с вращающимся якорем, приводимым в действие скользящими щетками в качестве ротора.Легкий, компактный и относительно мощный мотор идеально подходил для электрических мотоциклов. В 2009 году первая гонка электрических мотоциклов на острове Мэн была выиграна с использованием двигателя Agni, созданного по проекту Линча.

Стопка блинов

Поскольку обмотки ротора и статора обращены друг к другу, двигатель с осевым магнитным потоком может быть коротким. Чем больше диаметр ротора, тем больше крутящий момент. Двигатели с осевым потоком иногда называют двигателями-блинами из-за их большого диаметра и небольшой длины.Их можно сложить вместе на общем валу для получения большей выходной мощности.

Легкие, компактные и мощные двигатели также являются преимуществом в авиации. В 2005 году Роман Сушник из Словении испытал электрическую силовую установку для планера. Двигатель с осевым магнитным потоком из его испытаний позже был запущен в производство в линейке двигателей EMRAX с четырьмя доступными двигателями различных размеров. С тех пор британская компания Yasa начала производство двигателей с осевым потоком для рынка электромобилей.

Начиная отсюда

Бельгийский стартап Magnax рассматривает три основных рынка для своих недавно разработанных двигателей BLDC с осевым потоком. Компания внимательно следит за транспортным сектором, особенно с электромобилями, мотоциклами и авиацией. Поскольку двигатели с осевым магнитным потоком имеют небольшую длину, они могут использоваться на шасси или внутри колеса в качестве ступичного двигателя. Ветровые турбины также могут получить выгоду от конструкции генератора осевого потока за счет удаления дорогостоящего и сложного редуктора, который требуется большинству генераторов радиального потока.Наконец, общепромышленные применения могут выиграть от большей эффективности (до 10%), которую обеспечивают конструкции с осевым потоком.

Magnax потратила шесть лет на разработку двигателей с осевым потоком. Двойные роторы конструкции позволяют использовать магнитную сталь с ориентированными зернами, которая, как утверждает Magnax, может снизить потери в сердечнике на целых 85% для повышения эффективности. Для намотки статора компания использует медь прямоугольного сечения. В результате коэффициент заполнения достигает 90%, что снова повышает эффективность.Обмотки статора также находятся в непосредственной близости от алюминиевого корпуса двигателя для улучшения охлаждения. Magnax планирует поставить свои первые прототипы своего двигателя в конце 2018 года. Компания утверждает, что первый двигатель будет иметь замечательное соотношение мощности к весу, вырабатывая 400 лошадиных сил (300 киловатт) при весе всего около 50 фунтов (22,5 килограмма).

Старший редактор Кевин Клеменс пишет на темы энергетики, автомобилестроения и транспорта более 30 лет.Он имеет степень магистра в области материаловедения и экологического образования, а также докторскую степень в области машиностроения со специализацией в аэродинамике. Он установил несколько мировых рекордов наземной скорости на электрических мотоциклах, которые он построил в своей мастерской.

Основы инженерной мысли: основы двигателей с осевым зазором

О надежности редко думают, когда все идет хорошо и машины работают без сбоев. Но все может измениться в одно мгновение. Фактически, после того, как машина доставлена ​​и установлена, надежность, возможно, является самой важной характеристикой машины для клиентов.

Низкая надежность влияет на компании, увеличивая время простоя, затраты на обслуживание и другие последующие эффекты. Это легко понять любой, кто сталкивался с неисправным оборудованием. Дело не только в ремонте машины, а это довольно обременительно; всегда есть дополнительные и дорогостоящие последствия.

Ненадежный станок подрывает доверие к компании, создавшей его, и может легко привести к потере клиентов и продажам. На конкурентных рынках цена и производительность важны и могут отличить одну компанию от остальной отрасли.Но репутация разработчика и создания надежных машин — еще один способ выделить компанию среди конкурентов. Многие компании стремились стать синонимом надежности.

Стать известной компанией, поставляющей надежное оборудование, невозможно с помощью умного маркетинга. Для достижения максимального эффекта стремление к надежности должно пронизывать компанию.

Конечно, одной из важнейших областей является дизайн.

Конструирование для обеспечения надежности

Дизайн — самый важный фактор надежности машины.Инженеры часто игнорируют надежность до слишком позднего этапа цикла проектирования. Например, многие инженеры рассматривают надежность только на поздних этапах обоснования цикла проектирования, а не на этапе концепции и на ранних этапах проектирования.

После согласования концепции добавление мер надежности становится более дорогостоящим и неэффективным. Но зачастую разработка на надежность обходится дешевле, чем проверка на надежность.

Существует как минимум два проверенных и систематических метода выявления возможных проблем надежности в процессе проектирования: блок-схемы надежности (RBD) и анализ режимов и последствий отказов (FMEA).

Модель RBD представляет собой модель машины с указанием надежности каждого компонента. Инженеры должны быть уверены, что следуют правильному пути надежности, который может отличаться от пути управления. Например, RBD для трансмиссии автомобиля может выглядеть как на блок-схеме ниже.

В каждом блоке определяется надежность отдельного компонента. И они вносят вклад в общий показатель надежности.

RBD прост для понимания и может быстро выявить потенциальные проблемы надежности, так как он легко выявляет «слабые звенья в цепи».«Но это также может быть слишком упрощенным для некоторых машин, поскольку не учитывает взаимосвязи между компонентами. Зависит ли надежность любого из блоков от того, как они настроены на определенном пути?

FMEA систематически идентифицирует каждый режим отказа машины или процесса. Подробное изучение видов отказов может также выявить другие недостатки конструкции. Это включает в себя основной механизм отказа, а также способы его устранения или снижения его шансов. (Число приоритета риска, например, определяется путем умножения факторов серьезности, возникновения и обнаружения, как показано ниже.Полученное RPN дает разработчикам представление о том, насколько серьезной проблемой будет режим отказа.)

Решение проблемы серьезности, возникновения и обнаружения на этапе проектирования имеет решающее значение для проектирования надежных устройств. Если RPN высокое, у инженеров есть два варианта: устранить режим отказа или изменить один или несколько факторов, чтобы получить более низкое RPN.

Оптимальный курс действий не всегда ясен. Иногда все, что требуется, — это несколько небольших настроек дизайна, иногда инженеры могут добавить дополнительный механизм управления, а иногда команда разработчиков должна вернуться к чертежной доске.

FMEA — это обычно тщательное исследование всех источников отказов машины. После проведения результаты можно использовать для репликации на аналогичных машинах. Лучшее понимание видов отказов может значительно помочь в текущем и будущем проектировании. Результаты FMEA помогают техническим специалистам понять, когда машина выходит из строя. Это позволяет им реагировать быстрее и точнее и в конечном итоге повысить надежность.

К сожалению, FMEA проверяет все возможные режимы отказа, поэтому это может быть утомительным, трудоемким и дорогостоящим.Эффективность FMEA также во многом зависит от опыта людей, выполняющих анализ. Следовательно, для его выполнения требуются люди с большим опытом.

Повышение надежности

После того, как группа разработчиков использует RBD, FMEA или какую-либо другую форму анализа, чтобы получить четкое представление о недостатках надежности конструкции, она может более эффективно решать проблемы надежности. Общие методы повышения надежности включают в себя применение техобслуживания, ориентированного на надежность (RCM), и сосредоточение внимания на методах упреждающего обслуживания, таких как техническое обслуживание на основе состояния (CBM) и профилактическое обслуживание.

RCM похож на FMEA, но идет дальше. Он берет режимы отказов из FMEA и разрабатывает стратегии обслуживания для устранения отказов. RCM ведет команду через каждый режим отказа, где он определяет лучшую стратегию обслуживания для предотвращения отказа. Чаще всего RCM выполняется после того, как оборудование заработало. Однако выполнение на стадии проектирования может привести к твердому пониманию повышения надежности.

Подобно FMEA, RCM представляет собой систематический подход к лечению видов отказов посредством предотвращения.Например, если конструкторы знают, что забитый фильтр уменьшит поток воздуха и повредит двигатель, в ответ RCM может запланировать замену фильтра каждые три месяца. Уроки одной программы RCM также можно использовать в другом месте.

Но успешный RCM требует ресурсов, обучения и преданности делу. Компания должна быть уверена, что она может полностью поддержать стратегию, прежде чем приступить к ее реализации. И, как и FMEA, для разработки RCM требуется определенный опыт.

НАСА когда-то использовало RCM в своем летном центре им. Маршалла, и расходы на техническое обслуживание были сокращены, срок службы существующего оборудования был увеличен, а затраты на электроэнергию были снижены, что привело к экономии более 300 000 долларов.Если такая экономия может быть достигнута после внедрения, то использование RCM на этапе проектирования, несомненно, может принести пользу. Если группа разработчиков работает с FMEA для новой машины, следующим логическим шагом будет RCM.

CBM использует состояние машины в реальном времени, чтобы определить, когда необходимо техническое обслуживание. Это делается путем размещения датчика температуры, вибрации или другого типа на соответствующих участках машины и связывания их с контурами управления или внешними базами данных. Естественно, этот подход можно применить на этапе проектирования.Несмотря на то, что это добавляет относительно небольшую стоимость к продукту, это дает конечным пользователям гораздо более точные средства прогнозирования производительности и надежности.

CBM отслеживает данные, не всегда распознаваемые человеческими органами чувств. Он может удаленно контролировать оборудование во время его работы, экономя время и сокращая количество сбоев. Но CBM дороже для клиентов и требует более предварительной установки и настройки. И здесь будет кривая обучения, в которой компания устанавливает пороговые значения датчиков. Также требуется обучение.Когда нужно действовать группе технического обслуживания? Это нелегко понять.

CBM при правильном исполнении сокращает количество поломок и регулярного технического обслуживания. Один источник оценивает экономию CBM на уровне 12% в первый год при сокращении количества отказов более чем на 25% и повышении эксплуатационной готовности оборудования на 94%.

Простым примером CBM является добавление датчиков вибрации к двигателям. Отслеживая частоту вибрации и настраивая предупреждение на соответствующем уровне действий, вы можете быстро реагировать на неблагоприятные условия и продлевать срок службы двигателя.

Как многие заявляли, техническое обслуживание, ремонт и операции заслуживают более высокого приоритета, чем обычно, особенно на этапе проектирования. Если надежность рассматривается на раннем этапе процесса проектирования, оборудование, несомненно, будет лучше в долгосрочной перспективе. Надежность может стать сильной стороной дизайна и способом выделить продукцию компании.

Брайан Кристиансен является основателем и генеральным директором Limble CMMS .

Электродвигатели с осевым потоком EVO

Электродвигатель с осевым потоком EVO от AVID идеально подходит для силовых установок электромобилей и других высокопроизводительных приводов и приводов, таких как приводы робототехники и силовые установки для электрифицированных самолетов.Потому что двигатель с осевым потоком EVO обладает одним из самых высоких значений крутящего момента и удельной мощности на рынке благодаря уникальной запатентованной конструкции.

Запатентованный легкий композитный ротор придает двигателю с осевым потоком EVO исключительно низкую инерцию. Это обеспечивает более высокий КПД в переходном рабочем цикле и улучшенную реакцию привода по сравнению с обычным двигателем.

В отличие от некоторых поставщиков двигателей, которые заявляют о недостижимых уровнях производительности, двигатель с осевым потоком EVO обеспечивает следующие и другие характеристики.Приведенные ниже показатели эффективности для двигателя с осевым потоком EVO измерены на динамометре. Они включают потери инвертора и имеют типичную температуру охлаждающей жидкости 55 ° C. Указанная масса соответствует установленной в автомобиле с охватываемым валом.

Двигатель с осевым потоком EVO имеет жидкостное охлаждение с помощью обычного водного гликоля, что означает отсутствие необходимости в дополнительных охлаждающих насосах или теплообменниках для дальнейшего снижения веса системы и снижения паразитных потерь. Система охлаждения имеет низкий перепад давления и большую площадь поверхности для эффективного управления температурой.

Все это подтверждено обширными проверками и испытаниями на долговечность, что означает, что стандартные машины EVO являются одними из самых надежных электронных машин на рынке.

Двигатель EVO идеально дополняет линейку высокопроизводительных электрических вспомогательных систем и систем терморегулирования AVID для гибридных и электромобилей. Кроме того, AVID может предложить комплексные услуги по интеграции систем трансмиссии, помогая вам спроектировать, проверить и изготовить свой электрический или гибридный автомобиль.

Если у вас есть особые требования, например:

• Более высокие скорости
• Повышенная удельная мощность
• Повышенное рабочее напряжение
• Измененные размеры корпуса или монтажные позиции

AVID может помочь вам с индивидуальным решением, поскольку конструкция EVO очень гибкий. Наша команда опытных инженеров может разработать индивидуальное решение в соответствии с вашими требованиями.

Стандартные характеристики электродвигателя с осевым потоком

• Очень высокий крутящий момент и удельная мощность
• Низкий крутящий момент от зубчатого зацепления
• Достижимая плотность мощности> 10 кВт / кг
• конструкция с плоской передней и задней сторонами для монтажа
• Напряжение: до 800 В постоянного тока
• Пиковая эффективность:> 96% (включая силовой инвертор)
• Композитный ротор с низким моментом инерции и отличной динамической стабильностью ротора
• Охлаждение водой / гликоль для упрощения установки и повышенная производительность
• Доступны версии со сквозным валом и индивидуальные версии
• Встроенные датчики температуры PT100 и преобразователь sin / cos, совместимые с большинством имеющихся в продаже инверторов.

• Тяговые двигатели для электрических и гибридных автобусов и грузовиков
• Тяговые двигатели для высокопроизводительных электрических суперкаров и электромобилей для мотоспорта
• Гибриды конфигурации P1 / P2
• Прямой привод гребных винтов для авиационных и морских судов
• Высокопроизводительный генератор

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о наших высокопроизводительных двигателях с осевым потоком

Двигатели и генераторы с осевым потоком Уменьшение размера, веса

Сегодня большинство электрических машин работают с радиальным потоком (RF ).Однако Magnax предлагает новую концепцию — станок, работающий с осевым потоком (AF). На рис. 1 показано сравнение технологий RF и AF.

1. Сравнение радиально-флюсовых машин.

Magnax заявляет, что ключом к высокой удельной мощности является конструкция AF без ярма двигателя с двумя роторами с каждой стороны машины. Двигатели AF без ярма имеют более короткий путь магнитного потока, а постоянные магниты расположены дальше от оси, что приводит к большей эффективности и рычагу вокруг центральной оси.

Кроме того, благодаря конструкции осевого потока очень мало меди расходуется на выступающие петли обмоток. Моторы имеют нулевой вылет; то есть 100% обмоток активны.

Технология масштабируется от небольших двигателей (т. Е. Электромобилей) до больших генераторов (т. Е. Генераторов ветряных турбин).

По данным компании, генератор с осевым потоком на постоянных магнитах (AFPM) мощностью 100 кВт для ветряной турбины среднего размера имеет следующие преимущества:

• Повышенный КПД (КПД + 96%, до 97% для более крупных генераторов).
• Уменьшенная длина (от 5 до 8 раз короче, чем у традиционных приводов ветряных турбин).
• Уменьшенная масса (от 2 до 5 раз легче, чем редукторные или традиционные редукторные генераторы с прямым приводом).
• Снижение требований к ресурсам (требуется от ½ до материалов по сравнению с традиционными ВЧ генераторами с прямым приводом, что также приводит к снижению затрат).

Конструктивные особенности осевого флюсового станка Magnax включают:

• Двойные роторы с постоянными магнитами для максимально возможного отношения крутящего момента к весу.
• Статор без ярма для кратчайшего пути прохождения потока.
• Медный провод прямоугольного сечения, для возможного коэффициента заполнения медью 90%.
• Концентрированные обмотки для минимально возможных потерь в меди (без выступов катушек).
• Высококачественная электротехническая сталь с ориентированной зеренной структурой (ThyssenKrupp GOES), снижающая потери в сердечнике на целых 85%.
• Запатентованная система охлаждения обмоток для минимально возможных температур статора.
• Вся производственная цепочка основана на недорогих, легко масштабируемых производственных процессах.

Машины AFPM хорошо работают в очень широком диапазоне скоростей вращения, что делает их пригодными для применений с высокими скоростями с низким крутящим моментом и с низкой скоростью с высоким крутящим моментом.

2. Вот сравнение двигателя BMW I3 и Magnax AXF225.

AF более компактны, потому что они намного более эффективны с точки зрения электромагнитного излучения, чем машины RF, что часто имеет решающее значение для встроенных приложений, таких как автомобили.Тонкая и легкая конструкция обеспечивает более высокую мощность и крутящий момент в машине. Хорошим примером является сравнение двигателя BMW I3, который имеет вес 41 кг при пиковой мощности 125 кВт, с двигателем Magnax AXF225, который имеет вес 14 кг при пиковой мощности 170 кВт (рис. ) . Кроме того, по заявлению компании, машины AFPM могут обеспечить наивысшую энергоэффективность среди всех электрических машин, в основном потому, что нет ярма, а пути потока (через сердечники из электротехнической стали с ориентированной зернистостью) очень короткие. На рисунке 3 показан двигатель Magnax AFPM 275 мм.

3. 275-миллиметровый двигатель Magnax AF предназначен для электромобилей.

Движущиеся асинхронные двигатели и редукторы

В настоящее время в решениях для электрических машин преобладают комбинации стандартных асинхронных двигателей и редукторов. Эти асинхронные двигатели имеют типичный максимальный КПД ниже 90% при полной нагрузке и ниже при частичной нагрузке. Они также часто производят длинные массивные приводы.

В новых концепциях машин используются постоянные магниты для создания постоянного магнитного поля и, таким образом, создания магнитного потока по своей конструкции. В результате плотность мощности и динамические характеристики машин с постоянным магнитом выше, чем у индукционных машин или машин с электрическим возбуждением, где магнитное поле должно создаваться (прямо или косвенно) посредством электрического тока.

Машины с прямым приводом (DD) с радиальным потоком (RF) — это альтернативное решение, позволяющее преодолеть проблемы эффективности и надежности традиционных решений, связанных, прежде всего, с редукторами. Машины DD устраняют редуктор и подключают генератор или двигатель напрямую к нагрузке. Чтобы это решение было эффективным, двигатель / генератор должен иметь возможность напрямую передавать требуемый крутящий момент на низкой скорости, что требует совершенно новой конструкции двигателя / генератора.

RF DD тяжелее и дороже из-за использования радиального магнитного потока для передачи энергии. Фундаментальные электромагнитные и тепловые ограничения при таком подходе приводят к тому, что машины часто бывают как широкими, так и длинными по сравнению с современными моделями.

Для больших машин также требуются постоянные магниты из редкоземельных элементов и медь для катушек. (Согласно данным Öko-institut e.V, генераторы RF DD требуют 600-700 кг магнитного материала на мегаватт.) Использование редких и ценных ресурсов оказывает большое влияние на стоимость и анализ жизненного цикла машин RF DD. На рис. 4 сравниваются генератор RF DD мощностью 300 кВт и генератор Magnax AF DD мощностью 3×100 кВт (всего = 300 кВт).

4. Сравнение генератора прямого привода с радиальным потоком мощностью 300 кВт (слева) и генератора Magnax AF DD мощностью 3×100 кВт (справа).

Станки с прямым приводом Axial-Flux

Принципиально другой подход к прямому приводу заключается в установке двух наборов магнитов параллельно друг другу, перпендикулярно оси вращения. Такая топология с осевым потоком обеспечивает меньшую ширину и вес станков, чем станки RF DD. Машины AF DD не только более компактны, но и обладают более высокой эффективностью, чем их аналоги RF DD. Машины Axial Flux имеют гораздо более высокую удельную мощность, потому что:

• Магниты станка AF расположены дальше от центральной оси, что приводит к большему «рычагу» на центральной оси.
Машины
• AF имеют более эффективную электромагнитную топологию. В ВЧ-машинах магнитный поток проходит через первый зубец, а затем через статор обратно к следующему зубцу на магнитах. В отличие от этого, путь потока для машин AF короче — от первого магнита через один сердечник и прямо на другой магнит. (применимо только для двухроторных топологий, таких как машины Magnax). Например, в ветряной турбине нам нужно менее 300 кг магнитного материала на мегаватт вместо 600-700 кг на мегаватт для генераторов RF DD.

Кроме того, магнитный поток в ВЧ-машинах должен изгибаться и следовать двумерной траектории. Поэтому в машинах с радиальным флюсом нельзя использовать ориентированную электротехническую сталь для сердечников (статора). В случае машин AF, путь потока является одномерным, поэтому Magnax может использовать сталь с ориентированной зеренной структурой для своих машин осевого потока. Это приводит к меньшим потерям в стали, когда поток проходит через сердечники. Ориентированная сталь облегчает прохождение флюса, что приводит к дополнительному повышению эффективности.

• В машинах RF до 50% обмоток неактивны (часть, расположенная снаружи от зубцов статора, которая используется только для создания контуров, или так называемый «выступ катушки»). Выступ катушки увеличивает электрическое сопротивление и рассеивает тепло и не выполняет никаких функций. Это то, что они называют «распределенной обмоткой», что приводит к гораздо худшему общему соотношению мощности и веса по сравнению с машинами с осевым потоком, у которых нет выступа катушки. Для станков Magnax AF активна 100% обмотки.
• В машинах RF тепло должно передаваться через статор наружу машины. К тому же сталь не является хорошим проводником тепла. Выступ катушки также трудно охладить, потому что он не контактирует напрямую с корпусом двигателя. Машины AF обеспечивают оптимальное охлаждение, так как обмотки непосредственно контактируют с внешним алюминиевым корпусом. Поскольку алюминий очень хорошо проводит тепло, обмотки машин AF остаются холодными, в то время как сопротивление меди остается низким, что приводит к более высокой эффективности.

Масштабирование концепции станка

Концепция Magnax масштабируется от диаметра 150 мм до диаметра 5400 мм и более. Эта «особенность» с несколькими статорами, в которой несколько машинных дисков объединены параллельно, добавляет гибкости за счет увеличения крутящего момента и мощности (Рис. 5) .

5. Достигнута максимальная гибкость и масштабируемость при сохранении высокой технологичности.

Исторически сложилось так, что конструкции AF сталкивались с проблемами проектирования и производства:

Механический: Высокие магнитные силы, действующие между ротором и статором, создают инженерные и материальные проблемы для поддержания равномерного воздушного зазора с высокими допусками между этими двумя компонентами.Компания Magnax решила эту проблему, улучшив дизайн.

Тепловой: Обмотки в машине AF расположены глубоко внутри статора и между двумя дисками ротора, что представляет большую проблему с точки зрения охлаждения, чем для конструкции RF DD. Компания Magnax разработала и запатентовала новую концепцию, согласно которой алюминиевые детали окружают сердечники и отводят тепло непосредственно снаружи машины. В результате отпадает необходимость проталкивать жидкости через керны (что может вызвать локальную турбулентность и пузырьки воздуха, а также снизить прочность конструкции). Снаружи охлаждение осуществляется с помощью охлаждающих ребер или путем установки водяной рубашки.

Производство: Машины AF до сих пор были очень сложными в изготовлении, потому что конструкция статора статора по-прежнему основывалась на конструкции машины RF с использованием ярма статора для замыкания магнитной петли. Магнитные силы между дисками ротора и статора, как правило, очень затрудняют поддержание равномерного воздушного зазора между ними. Если они начнут раскачиваться или гнуться, диски могут начать тереться друг о друга, что в лучшем случае приведет к повреждению подшипников, а в худшем — к быстрой и впечатляющей внеплановой разборке.

Magnax было первым, чтобы удалить железное ярмо со статора, но сохранить железные зубцы. Затем идут два диска ротора со статором между дисками. Между роторами и статором существует небольшой воздушный зазор, в котором находятся обмотки, а в роторах — магниты. Два диска ротора оказывают на ротор равную (но противоположную) силу притяжения.

Диски, однако, напрямую связаны друг с другом через кольцо вала, поэтому силы компенсируют друг друга.Внутренний подшипник не воспринимает эти силы; ему нужно только удерживать статор посередине между двумя дисками ротора. Теоретически, когда статор находится точно посередине, он находится в равновесии и никакие силы не действуют на подшипник, хотя всегда есть небольшая сила, которая действует на внутренний подшипник.

Эффективность потока

В станках Magnax Axial Flux для изготовления сердечников используется высококачественная электротехническая сталь с ориентированной зеренной структурой (GOES) ThyssenKrupp. Сталь с ориентированной зернистой структурой не может использоваться с ВЧ машинами, потому что пути потока в этих машинах следуют нелинейной двумерной траектории.В топологии Magnax AF зерна стали ориентированы в том же направлении, что и пути потока. Низкие потери и отличная проницаемость материала с ориентированной структурой в прокатном (осевом) направлении приводят к получению машины с уменьшенными на 85% потерями в сердечнике статора и небольшим увеличением электромагнитного момента.

Поскольку длина машины очень мала (например, 140 мм для генератора с внешним диаметром 1600 мм), несколько машин (дисков) могут работать параллельно, что называется топологией с несколькими статорами.Обычно это делается, когда необходимо сохранить ограниченный внешний диаметр генератора или двигателя.

Объединение нескольких машин в один стек дает большую гибкость приложению конечного пользователя и позволяет применять более «стандартизированный» инженерный подход. Такая конфигурация обеспечивает отказоустойчивость, поскольку машина может продолжать работать даже в случае повреждения или отключения какой-либо из ступеней.

Чтобы еще больше уменьшить осевую длину и вес, роторы, расположенные спина к спине, могут быть объединены в один, а внутренние подшипники могут быть заменены одним или двумя внешними подшипниками.

Приложения для высокоскоростных двигателей

Magnax используется в электродвигателях для электромобилей, где вес и размер должны быть сведены к абсолютному минимуму, обеспечивая при этом высокую мощность и крутящий момент. Поскольку крутящий момент напрямую зависит от диаметра, диаметр является основной характеристикой размера машины. Малогабаритные версии двигателей AF без ярма компании обычно имеют водяное охлаждение и достигают удельной мощности до 15 кВт / кг, что вдвое выше, чем у лучших в своем классе современных двигателей.

В транспортных системах вес двигателя имеет решающее значение и должен быть минимизирован. Двигатели AF используются для приводов с удельной мощностью до 15 кВт / кг. Пиковая эффективность этих машин может достигать 98% и остается очень высокой при частичных нагрузках. На рисунке 6 показан двигатель Magnax, установленный в автомобиле.

6. AXF275, который развивает мощность 300 кВт при весе всего 26,5 кг, встроен в шасси автомобиля.

AF можно комбинировать с коробками передач в различных конфигурациях силовых агрегатов, на шасси или на колесах.Для некоторых приложений электронной мобильности требуются концепции двигателей с прямым приводом. Безредукторная конструкция значительно снижает сложность и требования к обслуживанию. Эти двигатели уже обеспечивают номинальный крутящий момент при 0 об / мин и имеют очень компактную конструкцию, поэтому они хорошо подходят для конфигураций с прямым приводом (в колесах). Для таких приложений они гарантируют, что отображение эффективности оптимизировано для более низких диапазонов оборотов (обычно частота вращения колеса 500–2000 об / мин). Конфигурации Outrunner позволяют еще больше снизить вес.

Большая версия машин Magnax (генераторы AF с прямым приводом) подходят для ветряных турбин:

• Ветровые турбины с асинхронными двигателями и редукторами, как правило, менее эффективны (ниже 90%, в то время как генераторы AF могут достигать 96% и более). Кроме того, коробки передач считаются более трудоемкими в обслуживании и менее надежными из-за большего количества движущихся компонентов.
• Традиционные генераторы с прямым приводом (обычно основанные на топологии RF) в два-пять раз тяжелее, чем генераторы AF, и на несколько процентов менее эффективны по сравнению с генераторами AF с прямым приводом, по данным компании. Эффективность повышается, поскольку сердечники из стали с ориентированной зернистой структурой используются в сочетании с более короткими путями потока, а обмотки имеют более высокий коэффициент заполнения медью.

Приложенная мощность

Magnax рекомендует 750 В от батареи с инвертором. Компания ожидает, что в будущем напряжения еще больше увеличатся, что еще больше снизит ток.

Двигатель на 400 В переменного тока или ниже (например, 100 В для мотоциклов), поставляемый Magnax, может служить альтернативой для двигателей меньшей мощности, что не сильно меняет характеристики машины.Конечно, чем ниже напряжение, тем труднее найти инвертор, способный справиться с большим током .

Даан Морелс — соучредитель Magnax.

Артикул:

Информационный документ: Высокоэффективные машины для осевого флюса , Даан Морелс, Питер Лейнен, май 2018 г.

Фокус | Двигатели с осевым магнитным потоком

Двигатели с осевым магнитным потоком имеют много преимуществ конструкции EV по сравнению с их аналогами с радиальным магнитным потоком, как объясняет Ник Флаэрти

Двигатели с осевым магнитным потоком могут изменить конструкцию трансмиссии, перемещая ее от оси внутрь колеса (Любезно предоставлено YASA)

В секторе электромобилей набирает обороты новый тип двигателя — двигатель с осевым потоком. В течение многих лет они использовались в стационарных приложениях, таких как лифты и сельскохозяйственная техника, но за последнее десятилетие ряд разработчиков работали над улучшением технологии, чтобы сделать ее пригодной для таких приложений, как электрические мотоциклы, контейнеры для аэропортов, грузовики для доставки и т. Д. электромобили и даже самолеты.

Традиционные двигатели с радиальным магнитным потоком, в которых используются постоянные магниты или асинхронные двигатели в электрическом поле, претерпевают обширные разработки, направленные на оптимизацию их веса и стоимости.Однако это может продолжаться только так, поэтому переход на совершенно другой тип машины, такой как осевой поток, может быть хорошей альтернативой.

Машины с постоянным магнитом с осевым потоком обычно обеспечивают больший крутящий момент для данного объема двигателя, чем радиальный двигатель, поскольку активная площадь магнитной поверхности является лицевой стороной ротора двигателя, а не внешним диаметром.

Это делает двигатели с осевым потоком намного более компактными; осевая длина станка намного короче по сравнению с радиальными машинами, что часто имеет решающее значение для такого применения, как колесный двигатель.Тонкая и легкая конструкция позволяет создавать машины с более высокой мощностью и плотностью крутящего момента, чем сопоставимые радиальные машины, без необходимости использования очень высоких скоростей.

Двигатели с осевым потоком также могут быть высокоэффективными, обычно с КПД более 96%. Это происходит из-за более короткого одномерного пути потока, который сравним или лучше, чем у самых лучших двухмерных двигателей с радиальным потоком на рынке.

Двигатели короче, обычно в пять-восемь раз, и могут быть в два-пять раз легче.Оба эти фактора меняют возможности разработчиков электромобилей на платформе электромобилей.

Cont …

Технология осевого потока

Существует две основные топологии двигателя с осевым потоком: двухроторный синглстатор, иногда называемый машинами тороидального типа, и однороторный двухстаторный.

Большинство двигателей с постоянными магнитами в наши дни работают с топологией радиального потока. Здесь петля магнитного потока начинается с постоянного магнита на роторе, проходит через первый зубец на статоре, затем течет радиально вдоль статора.Затем он проходит через второй зуб, чтобы достичь второго магнита на роторе. В топологии осевого магнитного потока с двумя роторами магнитная петля начинается с первого магнита, проходит в осевом направлении через зуб статора и сразу же достигает второго магнита.

Это означает, что путь магнитного потока намного короче, чем в машинах с радиальным магнитным потоком, что позволяет уменьшить размер двигателя при той же мощности и иметь более высокую плотность мощности и эффективность.

Напротив, в радиальных двигателях поток движется через первый зубец, а затем через статор обратно к следующему зубцу магнитов.Он также должен следовать двумерным путем.

Поскольку путь потока в машинах с осевым потоком является одномерным, можно использовать электротехническую сталь с зернистой структурой. Сталь облегчает прохождение флюса, что приводит к повышению эффективности.

В двигателях с радиальным магнитным потоком традиционно используются распределенные обмотки, где половина обмотки неактивна, поскольку они выступают за магниты. В конструкции улучшены методы намотки, так как выступ катушки приводит к увеличению веса, стоимости, электрическому сопротивлению и увеличению потерь тепла.

Машины с осевым потоком имеют гораздо меньший вылет катушки, а в некоторых конструкциях используются концентрированные или сегментированные обмотки, которые полностью активны. Радиальные машины с сегментированным статором приводят к дополнительным потерям из-за разрыва потока потока в статоре, но это не проблема для осевых машин. Конструкция обмоток катушек — ключевая область, в которой поставщики могут различать друг друга.

Разработка

Однако двигатели с осевым потоком создают некоторые серьезные проблемы при проектировании и производстве, которые делают их намного более дорогостоящими, чем их радиальные аналоги, несмотря на технологические преимущества. Радиальные двигатели хорошо известны, а технологии производства и оборудование легко доступны.

Одной из основных проблем осевых машин является поддержание равномерного воздушного зазора между ротором и статором, поскольку магнитные силы намного выше, чем в радиальных машинах. Осевые машины с двумя роторами также имеют тепловые проблемы, так как обмотки расположены глубоко внутри статора и между двумя дисками ротора. Это затрудняет отвод тепла.

Двигатели с осевым потоком также были трудны в производстве по нескольким причинам.Двухроторные машины с топологией без ярма (где железное ярмо статора удалено, но железные зубья сохранены) преодолевают некоторые проблемы, избегая необходимости масштабирования диаметра машины и магнитов.

Удаление вилки создает новые проблемы, например, как фиксировать и позиционировать отдельные зубья без механического соединения вилки. Устранение тепла также является более сложной задачей.

Изготовление ротора и соблюдение требуемого допуска на воздушный зазор также может быть затруднительным, поскольку диски ротора оказывают на ротор притягивающую силу.

Однако диски напрямую соединены друг с другом через кольцо вала, поэтому силы компенсируют друг друга. Это означает, что внутренний подшипник не воспринимает эти силы, и его единственная функция — удерживать статор посередине между двумя дисками ротора.

Хотя машины с двумя статорами и одним ротором не сталкиваются с проблемами машин с тором, конструкция статора была намного более сложной и трудной для автоматизации. Поскольку это не похоже на любую традиционную машину для радиального флюса, производственные процессы и оборудование просто не существовали до недавнего времени.

Урегулирование воздушного зазора в конструкции машины также было трудным, так как это требует точного контроля производственных допусков ключевых компонентов. Это привело к гораздо более сложной конструкции статора, что затруднило автоматическое и массовое производство и сохранило высокую стоимость двигателей.

Сравнение радиальных и осевых двигателей (с разрешения Magnax)

Электромобили

Надежность имеет первостепенное значение в автомобильной промышленности и является свидетельством надежности и прочности Двигатели с осевым магнитным потоком убедить производителей в их пригодности для массового производства было сложной задачей. Это побудило поставщиков осевых двигателей провести свои собственные обширные программы проверки, каждый из которых может продемонстрировать, что надежность их двигателей не отличается от надежности традиционных типов радиального магнитного потока.

Единственные детали в двигателях с осевым потоком, которые изнашиваются, — это подшипники. Они расположены намного ближе друг к другу из-за относительно меньшей длины конструкции осевого потока, а также обычно имеют несколько «завышенные размеры». Кроме того, роторы с меньшей массой в машинах с осевым потоком подвергаются более низким роторно-динамическим нагрузкам вала, поэтому действительные силы, действующие на подшипники, намного ниже, чем в двигателях с радиальным магнитным потоком.

Одним из первых применений осевого двигателя является электронная ось. Меньшая ширина позволяет разместить двигатель и коробку передач на оси. В гибридных приложениях короткая осевая длина двигателя, в свою очередь, сокращает общую длину трансмиссии.

Следующим шагом является установка осевого двигателя на колесо транспортного средства. Это позволяет мощности передаваться напрямую от двигателя к колесу, повышая эффективность двигателя. Сложность системы также ниже, поскольку отсутствуют трансмиссия, дифференциалы и карданный вал.

Однако никаких стандартных конфигураций не появляется. Каждый OEM-производитель рассматривает конкретные конфигурации, поскольку разные размеры и форм-фактор осевых двигателей меняют конструкцию электромобиля. Более высокая удельная мощность двигателей означает, что можно использовать осевой двигатель меньшего размера по сравнению с радиальным двигателем. Это открывает новые возможности дизайна платформы транспортного средства, например, где разместить аккумуляторные батареи.

Эффективность флюса

Сталь с ориентированной зернистой структурой не может использоваться с радиальными флюсовыми машинами, поскольку траектория потока в этих машинах проходит по нелинейной 2D траектории. В топологии осевого потока без ярма зерна стали ориентированы в том же направлении, что и пути потока, поэтому для сердечника можно использовать более эффективную электротехническую сталь с ориентированной структурой. Низкие потери и высокий уровень проницаемости материала с зернистой структурой в прокатном (осевом) направлении снижает потери в сердечнике статора на 85% и дает небольшое увеличение электромагнитного момента.

Одним из способов увеличения мощности осевого двигателя является объединение нескольких машин в стек в одном корпусе с водяным охлаждением.Это дает большую гибкость в дизайне для данного приложения и позволяет использовать более стандартизованную технику производства.

Для некоторых приложений электронной мобильности требуются двигатели с прямым приводом. Безредукторная конструкция значительно снижает сложность и требования к обслуживанию. Это хорошо согласуется с двигателями с осевым магнитным потоком, которые уже обеспечивают номинальный крутящий момент при нулевой скорости вращения. Для колесных конструкций эффективность оптимизирована для более низких диапазонов оборотов, обычно со скоростью вращения колес от 400 до 2000 об / мин.

Только активные части (например, статор и два ротора) могут быть интегрированы в концепцию трансмиссии OEM.В системах с электронным мостом меньший объем двигателя может обеспечить компактную конструкцию трансмиссии на рынке OEM.

Двигатель без ярма с осевым потоком

Сегментированный якорь

Топология двигателя YASA (без ярма и сегментированный якорь) является примером топологии двигателя с двумя роторами и одним статором с уменьшенной производственной сложностью для автоматизации. объемное производство. Они обеспечивают удельную мощность до 10 кВт / кг при скоростях 2000–9000 об / мин.

Здесь используется специализированный контроллер, который подает на двигатель 200 кВА. Контроллер занимает объем 5 литров и вес 5,8 кг, включая управление температурой с диэлектрическим масляным охлаждением, и подходит для использования с двигателями с осевым потоком, а также с асинхронными двигателями и двигателями с радиальным потоком.

Это дает OEM-производителям электромобилей и разработчикам Tier 1 гибкость в выборе двигателя, подходящего для применения и имеющегося пространства. Меньший размер и вес позволяют использовать более легкий автомобиль и больше аккумуляторов, что увеличивает дальность полета.

Электровелосипеды

Для электрических мотоциклов и квадроциклов была разработана другая конструкция двигателя переменного тока с осевым потоком. Он эволюционировал от предыдущих конструкций осевого потока на основе щеток постоянного тока, перешел на переменный ток и полностью герметичную бесщеточную конструкцию, и был разработан с нуля для массового производства.

При переходе от постоянного тока к переменному току в конструкции используются неподвижные катушки и сдвоенные роторы с постоянными магнитами, а не вращающийся якорь. Преимущество этого подхода состоит в том, что он позволяет избежать механической коммутации.

Конструкция переменного тока также позволяет использовать стандартные контроллеры трехфазных двигателей переменного тока в радиальных двигателях для осевых версий. Это помогает снизить затраты, поскольку контроллер обеспечивает ток, который регулирует крутящий момент, а не скорость. Контроллерам нужна частота более 12 кГц, но сейчас это основная частота для этих устройств.

Эта более высокая частота возникает из-за более низкой индуктивности обмоток, равной 20 мкГн. Частота контролирует токи, чтобы минимизировать пульсации тока и обеспечить как можно более плавный синусоидальный сигнал.Это хорошо с точки зрения динамики, поскольку позволяет очень быстро изменять крутящий момент, обеспечивая более плавное управление двигателем.

В этой конструкции используется распределенная двухслойная обмотка, поэтому магнитный поток течет от ротора через статор к другому ротору, опять же по очень короткому пути для повышения эффективности.

Двигатель с осевым потоком, разработанный для электровелосипедов и квадроциклов.

Ключевым моментом в конструкции этого двигателя с осевым потоком является то, что он работает с напряжением до 60 В, а не с системами с более высоким напряжением. Это делает его подходящим для электрических мотоциклов и тяжелых квадрициклов класса L7e, таких как Renault Twizy.

Максимальное напряжение 60 В позволяет интегрировать двигатель в основные электрические системы 48 В и упрощает техническое обслуживание.

Квадроцикл L7e согласно спецификации Европейской рамочной директивы 2002/24 / EC рассчитан на вес до 600 кг для транспортных средств, предназначенных для перевозки грузов, без учета массы аккумуляторов. Они могут нести полезную нагрузку до 200 кг для пассажиров или до 1000 кг для грузов при мощности двигателя 15 кВт.Подход с распределенной обмоткой обеспечивает крутящий момент 75-100 Нм при пиковой мощности 20-25 кВт, обеспечивая непрерывную мощность 15 кВт.

При осевом потоке проблема заключается в том, чтобы отвести тепло от медных обмоток, что сложно, так как оно должно пройти мимо роторов. Ключом к этому является распределенная обмотка, так как имеется большое количество пазов для полюсов. Это дает большую площадь поверхности между медью и корпусом, чтобы обеспечить передачу тепла наружу, где его можно отвести с помощью стандартной системы жидкостного охлаждения.

Множественные полюса являются ключевыми для использования синусоидальной формы волны, что помогает уменьшить гармоники, возникающие, когда форма волны не является идеально синусоидальной. Эти гармоники проявляются в виде нагрева магнитов и сердечника, который не может быть достигнут медными элементами для отвода тепла. По мере того, как тепло накапливается в магнитах и ​​сердечнике, эффективность падает, поэтому оптимизация формы волны и теплового тракта имеет решающее значение для производительности двигателя.

Конструкция двигателя также оптимизируется для недорогого автоматизированного крупносерийного производства.Экструдированное кольцо корпуса снижает стоимость материала без сложной обработки. Катушки легко наматывать, и во время намотки используется процесс склеивания, чтобы поддерживать их правильную форму для сборки.

Ключевым моментом является то, что катушки изготовлены из стандартной, имеющейся в продаже проволоки, а в сердечнике используется стандартная ламинированная стандартная трансформаторная сталь, которую нужно просто обрезать по форме. Другие конструкции двигателей требуют использования магнитомягких материалов в ламинировании сердечника, что может быть более дорогим.

Использование распределенных обмоток означает, что магниты не нужно сегментировать; они могут иметь более простые формы, которые легче сделать. Уменьшение размера магнитов и обеспечение простоты их изготовления существенно влияет на снижение стоимости.

Эта конструкция двигателя с осевым потоком также предлагается по индивидуальному заказу. Затем заказчик владеет специальной версией, разработанной на основе базового дизайна. Затем она строится на пилотной линии для подтверждения ранних объемов, и эта линия может быть скопирована на других заводах.

Акцент на индивидуальную настройку обусловлен тем, что рабочие характеристики транспортного средства во многом зависят от качества его архитектуры, аккумуляторной батареи и BMS, а также от конструкции двигателя с осевым потоком.

Двигатель с осевым потоком, встроенный в поворотный рычаг электровелосипеда

Конструкция может быть увеличена с использованием нескольких роторов в одном охлаждаемом корпусе, но предел здесь — ток, который можно использовать. Это означает, что контроллер и BMS являются узким местом.Переходя к более низкой мощности, нижний предел диапазона для двигателя составляет 4-6 кВт.

Двигатель также может использоваться в морских приложениях, поскольку он полностью герметичен. Это уже представляет интерес как бортовой мотор для яхт для экономии места и веса, а также интерес со стороны производителей подвесных моторов.

Однако для рынка электрических мотоциклов одним из основных недостатков является проблема быстрой и легкой зарядки велосипедов. Здесь помогает двигатель с осевым магнитным потоком, поскольку он может быть встроен в поворотный рычаг с аккумулятором, так что он крепится к раме велосипеда с помощью болта, что значительно упрощает обслуживание и замену.

Некоторые производители электрических мотоциклов также рассматривают модульные кассетные батареи, особенно в Китае и Таиланде, где разряженные батареи можно заменить на заряженные. В этом случае простота замены является ключевым моментом, а форма мотора позволяет ему естественно сидеть в раме электрического мотоцикла, оставляя больше места для аккумуляторной батареи.

Автобусы и грузовики

Существующая конструкция осевого двигателя оптимизируется для использования в больших электрических грузовиках.Снижение стоимости существующей конструкции с двойным статором, одним ротором, распределенной обмоткой и ярмом со спирально-навитым сердечником статора из многослойной стали, может обеспечить 440 кВт, что достаточно для 38-тонного грузовика.

В новой версии двигателя будут происходить постепенные улучшения вокруг статора, особенно с использованием тонкой стали для ламината. Вместо того, чтобы использовать обмотку с пазами внешней формы, что является трудозатратным, в новой версии рассматриваются способы перехода к автоматизированному проектированию.

При использовании двигателей с радиальным магнитным потоком стоимость магнитов, стали и меди, а также стоимость преобразования — процессов для крупносерийного производства — хорошо известны. Проблема с двигателями с осевым потоком заключается в том, что процессы не понимаются в масштабе. Затраты на вводимые ресурсы могут быть уменьшены, но затраты на конверсию не установлены четко и поэтому могут сильно варьироваться.

В принципе, двигатель с осевым магнитным потоком может быть конкурентоспособным с радиальной версией за счет более низких материальных затрат при данном соотношении мощности к массе, но стоимость преобразования является большим фактором.

E-оси

Блинная форма двигателя с осевым потоком позволяет интегрировать его в колесо, создавая двигатель в колесе, и есть несколько проектов, посвященных тому, как этого можно достичь в суровых условиях.

Другой подход — использовать двигатели с осевым потоком в электронных осях. Они имеют те же проблемы, что и конструкции с колесами, но их проще реализовать, особенно в электрических грузовиках, у которых уже есть ведущий задний мост.

Установка двигателя на ось увеличивает вес и сложность, поэтому двигатель должен быть прочным и надежным.Самый легкий из возможных электродвигателей будет иметь преимущества при проектировании мостов с электронным приводом для грузовых автомобилей малой и средней грузоподъемности и небольших местных автобусов.

Двигатель с осевым потоком, разработанный для больших грузовиков.

Самолет с электроприводом

Осевые двигатели без ярмовой передачи также лежат в основе разработки малых электрических самолетов. Самолет ACCEL с нулевым выбросом, например, имеет заданную скорость 300+ миль в час (480+ км / ч). Три осевых двигателя развивают мощность 500 л.с. для вращения трех гребных винтов при 2400 об / мин.Более 6000 аккумуляторных элементов обеспечивают 750 кВт для питания двигателей через инвертор на 750 В, который был разработан для гоночных автомобилей Формулы E.

Другой подход к осевым двигателям для самолетов использует ротор из углеродного композита, что позволяет избежать использования железа или черных металлов, а встроенный магнит удерживается лентой из углеродного волокна. Он ограничен двумя статорами по обе стороны от ротора, а не только одним. Система охлаждения статоров была спроектирована так, чтобы обеспечить полную герметичность агрегата.

Система также позволяет избежать использования каких-либо внешних движущихся частей и упрощает электромонтаж, поскольку управляющая электроника может быть встроена в двигатель. Текущие версии весят от 82 кг для двигателя 440 кВт до 22 кг для двигателя 100 кВт; двигатель мощностью 5 кВт и весом менее 750 г также находится в стадии разработки.

В электрическом самолете ACCEL будет использоваться двигатель с анаксиальным магнитным потоком.

Взгляд в будущее

Двигатели с осевым потоком имеют широкий спектр потенциальных применений и оптимизируются для различных уровней мощности. плотности мощности и точки затрат.Всегда есть возможности для наивысшего отношения мощности к весу, особенно в электрических самолетах, но есть все больше возможностей на низком уровне в электрических мотоциклах.

Следующий этап проектирования электрических пассажирских и грузовых автомобилей будет в большей степени ориентирован на меньший вес, и это ключевая возможность, если можно будет снизить затраты.

Проблема состоит в том, что существующие двигатели с постоянным радиальным потоком и асинхронные двигатели также оптимизируются по стоимости, поэтому цель всегда в движении.Двигатели с осевым магнитным потоком используют меньше материала и, следовательно, по своей сути менее дороги, если могут быть решены проблемы передачи тепла и объемного производства.

Они могут обеспечить удельную мощность 10 кВт / кг, что в четыре раза превышает удельную мощность двигателя с радиальным магнитным потоком для электромобиля. Это означает, что требуется меньше меди и стали с меньшими магнитами, что снижает стоимость. Более легкий вес также снижает стоимость системы в автомобиле.

Благодарности

Автор хотел бы поблагодарить Даана Морелса из Magnax, Wichter Kist, Криса Лайнса и Грэхана Лендена из Saietta, а также Райана Могана и Дилли Бабу Палани из Avid Technology за их помощь в исследовании этой статьи.

Некоторые примеры поставщиков двигателей с осевым потоком

Австралия

Evans Electric — www. evans-electric.com.au

Бельгия

Magnax +32 499225225 www.magnax.com

Китай

Magelec Propulsion +86 21 691 53123 www.magelec.cn

Словения

Emrax +386 82053850 www.emrax.com

Швейцария

Phi-Power +41 44 555 89 67 www.phi-power.com

Великобритания

Ashwoods Electric Motors +44 1392 340 184 www.ashwoodselectricmotors.com

AVID Technology +44 1670 707040 www.avidtp.com

Lynch Motors +44 1404 892940 www.lynchmotors.co.uk

MSF Technologies + 44 1953 425 134 www.msf-technologies.com

Saietta +44 1869 233 121 www.saiettagroup.com

YASA +44 1865 952 100 www.yasa.com

Под кожей: двигатель с осевым потоком одной британской фирмы готовы к использованию на массовом рынке?

В человеческой природе задавать вопрос: «Что лучше?» Даже если ответ обычно «ни один», потому что у каждого есть свои плюсы и минусы.

Люди по-прежнему будут сомневаться, iPhone это или Android, PlayStation или Xbox, с ручным или автоматическим двойным сцеплением. То же самое и с двигателями, и, может быть, в следующем году это будут электрические приводы: радиальный поток или осевой поток?

Как и все остальные, у каждого есть свои плюсы и минусы — только в этом случае различия, наверное, более четкие. Двигатель с радиальным магнитным потоком имеет знакомую цилиндрическую форму, а осевой поток имеет форму жести для печенья, и только по форме они подходят для различных установок.

Традиционный радиальный поток представляет собой естественную посадку между двумя колесами на одной оси, поскольку они больше по длине, но меньше по диаметру. Осевой поток имеет больший диаметр и чрезвычайно малую длину, поэтому он идеально подходит для размещения между двигателем и коробкой передач для гибридных приводов. У этой идеи больше нет большого будущего в Великобритании, но в электромобилях двигатели с осевым потоком могут также работать парами, установленными рядом с колесами в качестве приводных устройств или как колесные двигатели, или уложены друг за другом для создания многороторных узлов. .

Как и двигатели с радиальным магнитным потоком, они могут быть спроектированы для работы при низком напряжении (48 В) для скутеров и небольших городских электромобилей или, в будущем, автономных контейнеров, а также при высоком напряжении для любых электромобилей, вплоть до суперкаров. Британская фирма Saietta разработала новый двигатель с осевым потоком тяги (AFT) для массового производства и снижения затрат. Его можно масштабировать, чтобы привести в движение что угодно, от скутера до автобуса.

Использование простой низкоуглеродистой стали в дискообразном роторе с прикрепленными постоянными магнитами помогает снизить затраты, как и модульная конструкция, которая обеспечивает высокий уровень автоматизированной сборки — секрет производства большого количества и снижения затрат.Двигатель герметичен, имеет водяное охлаждение и, как и другие конструкции двигателей с осевым потоком, является «без ярма», в нем отсутствует громоздкая тяжелая рама, поддерживающая обмотки статора традиционной машины с радиальным потоком. Отсутствие ярма — одна из особенностей, которая снижает вес и увеличивает удельную мощность.

Как и все типы синхронных электродвигателей переменного тока, магниты на роторе двигателя с осевым потоком притягиваются к вращающемуся полю, создаваемому окружающим кольцом отдельных электромагнитов в статоре.Переключение магнитов, заставляющих поле вращаться, не является абсолютно плавным, поэтому ротор при вращении страдает от небольшой «пульсации крутящего момента», известной как «зубчатость».

Хотя эффект обычно снижается с помощью электроники, двигатели Saietta имеют 96 электромагнитов в статоре, большое число и меньшие приращения помогают снизить его до минимума. Saietta недавно была получателем гранта Advanced Propulsion Center, чтобы помочь наладить производственные процессы для производства 150 000 двигателей в год, и видит потенциал в производстве колесных двигателей для автономных контейнеров, а также для обычных транспортных средств.Он присоединится к другим разработчикам двигателей с осевым потоком, таким как основанная YASA и бельгийская фирма Magnax, в продвижении технологии электродвигателей.

Hyundai: моторы

Magnax готовится к производству радикально мощного и компактного электродвигателя с осевым потоком

После почти десятилетней разработки бельгийский стартап Magnax заявляет, что он разработал сверхмощный, легкий и компактный электродвигатель с осевым потоком с характеристиками, которые сдуйте все в обычном мире радиального потока.Что особенно важно, там говорится, как их производить.

Возможно, в нем нет романтики настройки двигателя внутреннего сгорания, но похоже, что назревает битва за разработку видов высокопроизводительных двигателей, которые будут приводить в действие электромобили, мотоциклы, самолеты и промышленное оборудование будущего.

Неделю назад мы писали о конструкции двигателя Equipmake со спицами, которая позволяет ему вырабатывать около 9 киловатт на килограмм с исключительным охлаждением и возможностью непрерывного производства энергии.

Чтобы представить такую ​​мощность в перспективе, смехотворно быстрый 193-сильный супербайк BMW S1000RR 2011 года — чудовище, способное сразить практически все в автомобильном мире — имеет легкий мотор, который 2,4 киловатта на килограмм. Так что 9 кВт / кг — это не шутка.

Magnax

Что делает этот двигатель с осевым потоком и прямым приводом от бельгийской компании Magnax по-настоящему удивительным.Magnax заявляет, что его пиковая мощность составляет не менее 15 кВт / кг, а постоянная мощность составляет около 7,5 кВт / кг. Вернемся к примеру с мотоциклом: если вы построите двигатель Magnax, который весит столько же, сколько двигатель супербайка BMW, у вас будет 603-сильная трансмиссия, которая на короткие периоды может производить всплески до 1206 лошадиных сил до перегрева и нужно немного расслабиться.

Очевидно, что это глупый пример, но такие сверхлегкие двигатели могут сделать значительную работу по компенсации больших весовых показателей современных тяжелых литиевых аккумуляторных батарей в электромобилях.И до тех пор, пока плотность аккумуляторов автомобильного класса не совершит значительный скачок вперед, как это было многообещающе уже несколько лет, вес будет оставаться серьезной проблемой для электронной мобильности.

Magnax

Преимущества и недостатки конструкций с осевым потоком

Хотя подавляющее большинство электродвигателей, находящихся в настоящее время в обращении, представляют собой конструкции с радиальным магнитным потоком, Magnax утверждает, что ключом к высокой удельной мощности, которую она достигает, является конструкция осевого потока с прямым приводом, используемая во всех ее двигателях, которые использует диск статора, зажатый между двумя дисками ротора с небольшими воздушными зазорами между ними.Компания утверждает, что двигатели с осевым потоком без ярма имеют ряд преимуществ при правильной реализации. Путь потока короче, а магниты дальше от оси, что приводит к большей эффективности и рычагу вокруг центральной оси.

Более того, конструкция осевого потока позволяет Magnax тратить очень мало меди на выступающие петли на обмотках. У двигателей Magnax нулевой вылет; Активны 100 процентов обмоток, а в двигателях с радиальным магнитным потоком иногда может быть до 50 процентов неактивной меди, что увеличивает сопротивление и вызывает накопление тепла. В обмотках Magnax используется медный провод прямоугольного сечения для обеспечения максимально возможной плотности. А двигатели намного тоньше, чем машины с радиальным магнитным потоком, что означает, что вы можете легко сложить их для параллельной работы.

Magnax

Конечно, существуют трудности, когда дело доходит до создания двигателей с осевым потоком — иначе их бы делали все.Мощные магнитные силы, действующие между дисками ротора и статора, очень затрудняют поддержание равномерного воздушного зазора между ними. Если они начнут раскачиваться или гнуться, диски могут начать тереться друг о друга, что в лучшем случае приведет к повреждению подшипников, а в худшем — к быстрой и впечатляющей внеплановой разборке.

Magnax утверждает, что решает эту проблему в своей конструкции с осевым потоком без ярма за счет наличия двух дисков ротора, которые постоянно прикладывают равные и противоположные силы к диску статора. Роторы соединены напрямую друг с другом через кольцо вала, поэтому магнитные силы нейтрализуют друг друга, и внутреннему подшипнику не приходится иметь дело с ними.

Охлаждение является ключевым моментом для любого электродвигателя большой мощности, который должен выполнять стабильную работу, и конструкции с осевым потоком, как правило, страдают в этом отношении, поскольку их обмотки статора зажаты между дисками ротора, что затрудняет отвод тепла. Magnax утверждает, что конструкция его двигателя хорошо охлаждается, поскольку обмотки находятся в прямом контакте с внешним алюминиевым корпусом, обеспечивая приличную теплопередачу.

Magnax

Вроде работает. Показатели непрерывной мощности для двигателя Magnax составляют 50 процентов от того, что он может производить на пике, что довольно неплохо, но не в области лучших охлаждаемых двигателей с радиальным магнитным потоком. Например, двигатель Equipmake может непрерывно обеспечивать почти 70 процентов своей пиковой мощности, что свидетельствует о превосходном охлаждении.

Еще одна проблема связана с производством, так как диски статора может быть особенно трудно исправить, а еще сложнее встроить в автоматизированный процесс большого объема. Поэтому, когда они действительно построены, они изготавливаются вручную и в результате очень дороги.Компания Magnax утверждает, что решила и эту проблему с помощью ряда «проприетарных решений», которые позволяют масштабировать и создавать эти устройства с минимальными затратами.

Magnax

Приложения

Электродвигатель Magnax обладает высокой масштабируемостью, его размер варьируется от 15 сантиметров (~ 6 дюймов) до дисков 5. 4 метра (~ 13 футов) в диаметре и более. Их можно вставить рядом друг с другом для параллельной работы, и они могут работать как с прямым приводом, так и через коробку передач, если вы готовы принять связанные с этим потери эффективности.

Magnax предлагает их для электромобилей и мотоциклов, роторов самолетов, а также в качестве решений большого диаметра с высоким крутящим моментом и низкой частотой вращения для ветроэнергетики, гидроэлектроэнергии и производства энергии волн.

Magnax

В конце концов, полевые испытания в автомобильном и промышленном мире будут доказательством этого пудинга, но если это действительно мощный, долговечный, хорошо охлаждаемый, высокоэффективный, не требующий обслуживания осевой магнитный двигатель, Magnax может вызвать серьезные волнения.

Компания потратила около девяти лет на сборку своих технологий после того, как в 2009 году в Гентском университете был первоначально создан экспериментальный образец.Теперь он утверждает, что у него есть рабочие прототипы и определена методология производства. Если повезет, резина скоро отправится в путь, и мы сможем увидеть, действительно ли это электродвигатель будущего.

Посмотрите несколько видео ниже:

Двигатель с осевым потоком Magnax — высокоскоростной прототип

Электродвигатель / генератор с осевым потоком Magnax с постоянным магнитом

Источник: Magnax