Dibandingkan dengan motor fluks radial, motor fluks aksial memiliki banyak keunggulan dalam desain kendaraan listrik. Misalnya, motor fluks aksial dapat mengubah desain powertrain dengan menggerakkan motor dari poros ke bagian dalam roda.
1. Sumbu kekuasaan
Motor fluks aksialmenerima peningkatan perhatian (mendapatkan daya tarik). Selama bertahun-tahun, motor jenis ini telah digunakan dalam aplikasi stasioner seperti elevator dan mesin pertanian, namun selama dekade terakhir, banyak pengembang telah berupaya untuk meningkatkan teknologi ini dan menerapkannya pada sepeda motor listrik, pod bandara, truk kargo, kendaraan listrik. kendaraan, dan bahkan pesawat terbang.
Motor fluks radial tradisional menggunakan magnet permanen atau motor induksi, yang telah membuat kemajuan signifikan dalam mengoptimalkan bobot dan biaya. Namun, mereka menghadapi banyak kesulitan untuk terus berkembang. Fluks aksial, jenis motor yang sangat berbeda, mungkin merupakan alternatif yang baik.
Dibandingkan dengan motor radial, luas permukaan magnet efektif motor magnet permanen fluks aksial adalah permukaan rotor motor, bukan diameter luar. Oleh karena itu, pada volume motor tertentu, motor magnet permanen fluks aksial biasanya dapat memberikan torsi yang lebih besar.
Motor fluks aksiallebih kompak; Dibandingkan motor radial, panjang aksial motor jauh lebih pendek. Untuk motor roda internal, hal ini seringkali menjadi faktor krusial. Struktur kompak motor aksial memastikan kepadatan daya dan kepadatan torsi yang lebih tinggi dibandingkan motor radial serupa, sehingga menghilangkan kebutuhan akan kecepatan pengoperasian yang sangat tinggi.
Efisiensi motor fluks aksial juga sangat tinggi, biasanya melebihi 96%. Hal ini berkat jalur fluks satu dimensi yang lebih pendek, yang efisiensinya sebanding atau bahkan lebih tinggi dibandingkan dengan motor fluks radial 2D terbaik di pasaran.
Panjang motor lebih pendek, biasanya 5 sampai 8 kali lebih pendek, dan bobotnya juga berkurang 2 sampai 5 kali lipat. Kedua faktor ini telah mengubah pilihan perancang platform kendaraan listrik.
2. Teknologi fluks aksial
Ada dua topologi utama untukmotor fluks aksial: stator tunggal rotor ganda (kadang-kadang disebut sebagai mesin gaya torus) dan stator ganda rotor tunggal.
Saat ini, sebagian besar motor magnet permanen menggunakan topologi fluks radial. Rangkaian fluks magnet dimulai dari magnet permanen pada rotor, melewati gigi pertama pada stator, dan kemudian mengalir secara radial sepanjang stator. Kemudian lewati gigi kedua untuk mencapai baja magnet kedua pada rotor. Dalam topologi fluks aksial rotor ganda, loop fluks dimulai dari magnet pertama, melewati gigi stator secara aksial, dan segera mencapai magnet kedua.
Artinya jalur fluks jauh lebih pendek dibandingkan dengan motor fluks radial, sehingga menghasilkan volume motor yang lebih kecil, kepadatan daya yang lebih tinggi, dan efisiensi pada daya yang sama.
Motor radial, dimana fluks magnet melewati gigi pertama dan kemudian kembali ke gigi berikutnya melalui stator, mencapai magnet. Fluks magnet mengikuti jalur dua dimensi.
Jalur fluks magnet dari mesin fluks magnet aksial adalah satu dimensi, sehingga baja listrik berorientasi butiran dapat digunakan. Baja ini memudahkan fluks melewatinya, sehingga meningkatkan efisiensi.
Motor fluks radial secara tradisional menggunakan belitan terdistribusi, dengan separuh ujung belitan tidak berfungsi. Kumparan yang overhang akan mengakibatkan tambahan bobot, biaya, hambatan listrik, dan lebih banyak kehilangan panas, sehingga memaksa perancang untuk memperbaiki desain belitan.
Ujung kumparan darimotor fluks aksialjauh lebih sedikit, dan beberapa desain menggunakan belitan terkonsentrasi atau tersegmentasi, yang sepenuhnya efektif. Untuk mesin radial stator tersegmentasi, putusnya jalur fluks magnet pada stator dapat menimbulkan kerugian tambahan, namun untuk motor fluks aksial hal ini tidak menjadi masalah. Desain gulungan kumparan adalah kunci untuk membedakan tingkat pemasok.
3. Pembangunan
Motor fluks aksial menghadapi beberapa tantangan serius dalam desain dan produksi, meskipun memiliki keunggulan teknologi, biayanya jauh lebih tinggi dibandingkan motor radial. Masyarakat memiliki pemahaman yang sangat mendalam tentang motor radial, dan metode pembuatan serta peralatan mekanis juga tersedia.
Salah satu tantangan utama motor fluks aksial adalah menjaga celah udara yang seragam antara rotor dan stator, karena gaya magnetnya jauh lebih besar daripada motor radial, sehingga sulit untuk mempertahankan celah udara yang seragam. Motor fluks aksial rotor ganda juga memiliki masalah pembuangan panas, karena belitan terletak jauh di dalam stator dan di antara dua cakram rotor, sehingga pembuangan panas menjadi sangat sulit.
Motor fluks aksial juga sulit diproduksi karena berbagai alasan. Mesin rotor ganda yang menggunakan mesin rotor ganda dengan topologi kuk (yaitu melepaskan kuk besi dari stator tetapi tetap mempertahankan gigi besinya) mengatasi beberapa permasalahan tersebut tanpa memperluas diameter motor dan magnet.
Namun, melepas kuk membawa tantangan baru, seperti cara memperbaiki dan memposisikan masing-masing gigi tanpa sambungan kuk mekanis. Pendinginan juga merupakan tantangan yang lebih besar.
Juga sulit untuk menghasilkan rotor dan mempertahankan celah udara, karena cakram rotor menarik rotor. Keuntungannya adalah cakram rotor dihubungkan langsung melalui cincin poros, sehingga gaya-gaya tersebut saling menghilangkan. Artinya bantalan bagian dalam tidak dapat menahan gaya-gaya tersebut, dan fungsinya hanya untuk menjaga stator pada posisi tengah di antara kedua cakram rotor.
Motor rotor tunggal stator ganda tidak menghadapi tantangan motor melingkar, namun desain stator jauh lebih kompleks dan sulit untuk mencapai otomatisasi, dan biaya terkait juga tinggi. Tidak seperti motor fluks radial tradisional, proses pembuatan motor aksial dan peralatan mekanis baru muncul belakangan ini.
4. Penerapan kendaraan listrik
Keandalan sangat penting dalam industri otomotif, dan membuktikan keandalan dan ketangguhan yang berbedamotor fluks aksialuntuk meyakinkan produsen bahwa motor ini cocok untuk produksi massal selalu menjadi sebuah tantangan. Hal ini mendorong pemasok motor aksial untuk melakukan program validasi ekstensif mereka sendiri, dengan masing-masing pemasok menunjukkan bahwa keandalan motor mereka tidak berbeda dengan motor fluks radial tradisional.
Satu-satunya komponen yang dapat aus dalam suatumotor fluks aksialadalah bantalannya. Panjang fluks magnet aksial relatif pendek, dan posisi bantalan lebih dekat, biasanya dirancang sedikit “berdimensi berlebihan”. Untungnya, motor fluks aksial memiliki massa rotor yang lebih kecil dan dapat menahan beban poros dinamis rotor yang lebih rendah. Oleh karena itu, gaya aktual yang diterapkan pada bantalan jauh lebih kecil dibandingkan dengan motor fluks radial.
Poros elektronik adalah salah satu aplikasi pertama motor aksial. Lebarnya yang lebih tipis mampu merangkum motor dan girboks pada porosnya. Dalam aplikasi hybrid, panjang aksial motor yang lebih pendek pada gilirannya memperpendek total panjang sistem transmisi.
Langkah selanjutnya adalah memasang motor aksial pada roda. Dengan cara ini, tenaga dapat langsung disalurkan dari motor ke roda sehingga meningkatkan efisiensi motor. Karena penghapusan transmisi, diferensial, dan poros penggerak, kompleksitas sistem juga berkurang.
Namun sepertinya konfigurasi standarnya belum muncul. Setiap produsen peralatan asli sedang meneliti konfigurasi tertentu, karena perbedaan ukuran dan bentuk motor aksial dapat mengubah desain kendaraan listrik. Dibandingkan dengan motor radial, motor aksial memiliki kepadatan daya yang lebih tinggi, yang berarti motor aksial yang lebih kecil dapat digunakan. Hal ini memberikan opsi desain baru untuk platform kendaraan, seperti penempatan baterai.
4.1 Angker tersegmentasi
Topologi motor YASA (Yokeless and Segmented Armature) adalah contoh topologi stator tunggal rotor ganda, yang mengurangi kompleksitas manufaktur dan cocok untuk produksi massal otomatis. Motor ini memiliki kepadatan daya hingga 10 kW/kg pada kecepatan 2000 hingga 9000 rpm.
Dengan menggunakan pengontrol khusus, dapat memberikan arus sebesar 200 kVA untuk motor. Pengontrol ini memiliki volume kurang lebih 5 liter dan berat 5,8 kilogram, termasuk manajemen termal dengan pendingin oli dielektrik, cocok untuk motor fluks aksial serta motor fluks induksi dan radial.
Hal ini memungkinkan produsen peralatan asli kendaraan listrik dan pengembang tingkat pertama untuk secara fleksibel memilih motor yang sesuai berdasarkan aplikasi dan ruang yang tersedia. Ukuran dan bobot yang lebih kecil membuat kendaraan lebih ringan dan memiliki lebih banyak baterai, sehingga meningkatkan jangkauan.
5. Penerapan sepeda motor listrik
Untuk sepeda motor listrik dan ATV, beberapa perusahaan telah mengembangkan motor fluks aksial AC. Desain yang umum digunakan untuk kendaraan jenis ini adalah desain fluks aksial berbasis sikat DC, sedangkan produk barunya adalah desain tanpa sikat AC yang tersegel sepenuhnya.
Kumparan motor DC dan AC tetap diam, namun rotor ganda menggunakan magnet permanen sebagai pengganti armature yang berputar. Keuntungan metode ini adalah tidak memerlukan pembalikan mekanis.
Desain aksial AC juga dapat menggunakan pengontrol motor AC tiga fasa standar untuk motor radial. Hal ini membantu mengurangi biaya, karena pengontrol mengontrol torsi saat ini, bukan kecepatan. Pengontrol memerlukan frekuensi 12 kHz atau lebih tinggi, yang merupakan frekuensi utama perangkat tersebut.
Frekuensi yang lebih tinggi berasal dari induktansi belitan yang lebih rendah yaitu 20 µ H. Frekuensi tersebut dapat mengontrol arus untuk meminimalkan riak arus dan memastikan sinyal sinusoidal sehalus mungkin. Dari perspektif dinamis, ini adalah cara terbaik untuk mencapai pengendalian motor yang lebih mulus dengan memungkinkan perubahan torsi yang cepat.
Desain ini mengadopsi belitan dua lapis terdistribusi, sehingga fluks magnet mengalir dari rotor ke rotor lain melalui stator, dengan jalur yang sangat pendek dan efisiensi yang lebih tinggi.
Kunci dari desain ini adalah dapat beroperasi pada tegangan maksimum 60 V dan tidak cocok untuk sistem tegangan tinggi. Oleh karena itu dapat digunakan untuk sepeda motor listrik dan kendaraan roda empat kelas L7e seperti Renault Twizy.
Tegangan maksimum 60 V memungkinkan motor diintegrasikan ke dalam sistem kelistrikan arus utama 48 V dan menyederhanakan pekerjaan pemeliharaan.
Spesifikasi sepeda motor roda empat L7e dalam European Framework Regulation 2002/24/EC mengatur bahwa berat kendaraan yang digunakan untuk mengangkut barang tidak melebihi 600 kilogram, tidak termasuk berat baterai. Kendaraan ini diperbolehkan mengangkut penumpang tidak lebih dari 200 kilogram, kargo tidak lebih dari 1000 kilogram, dan tenaga mesin tidak lebih dari 15 kilowatt. Metode belitan terdistribusi mampu menghasilkan torsi 75-100 Nm, dengan daya keluaran puncak 20-25 kW dan daya kontinu 15 kW.
Tantangan fluks aksial terletak pada bagaimana belitan tembaga menghilangkan panas, yang sulit dilakukan karena panas harus melewati rotor. Belitan terdistribusi adalah kunci untuk memecahkan masalah ini, karena memiliki banyak slot kutub. Dengan cara ini, terdapat luas permukaan yang lebih besar antara tembaga dan cangkang, dan panas dapat ditransfer ke luar dan dibuang melalui sistem pendingin cair standar.
Beberapa kutub magnet adalah kunci untuk memanfaatkan bentuk gelombang sinusoidal, yang membantu mengurangi harmonisa. Harmonisa ini diwujudkan sebagai pemanasan magnet dan inti, sedangkan komponen tembaga tidak dapat membawa panas. Ketika panas terakumulasi dalam magnet dan inti besi, efisiensi menurun, itulah sebabnya mengoptimalkan bentuk gelombang dan jalur panas sangat penting untuk kinerja motor.
Desain motor telah dioptimalkan untuk mengurangi biaya dan mencapai produksi massal otomatis. Cincin rumah yang diekstrusi tidak memerlukan pemrosesan mekanis yang rumit dan dapat mengurangi biaya material. Kumparan dapat langsung digulung dan proses pengikatan digunakan selama proses penggulungan untuk mempertahankan bentuk rakitan yang benar.
Poin kuncinya adalah bahwa kumparan terbuat dari kawat standar yang tersedia secara komersial, sedangkan inti besi dilaminasi dengan baja trafo rak standar, yang hanya perlu dipotong menjadi bentuk. Desain motor lainnya memerlukan penggunaan bahan magnetik lunak dalam laminasi inti, yang mungkin lebih mahal.
Penggunaan belitan terdistribusi berarti baja magnetis tidak perlu disegmentasi; Bentuknya bisa lebih sederhana dan lebih mudah dibuat. Mengurangi ukuran baja magnetis dan memastikan kemudahan pembuatannya berdampak signifikan terhadap pengurangan biaya.
Desain motor fluks aksial ini juga dapat disesuaikan dengan kebutuhan pelanggan. Pelanggan memiliki versi khusus yang dikembangkan berdasarkan desain dasar. Kemudian diproduksi di jalur produksi percobaan untuk verifikasi produksi awal, yang dapat direplikasi di pabrik lain.
Kustomisasi terutama karena kinerja kendaraan tidak hanya bergantung pada desain motor fluks magnet aksial, tetapi juga pada kualitas struktur kendaraan, baterai, dan BMS.
Waktu posting: 28 Sep-2023
