מנועי AC שטף רדיאלי מציעים כמה יתרונות ביצועים ואריזה, אבל גם מביאים כמה בעיות תרמיות ויכולת ייצור.
חלק 1 של סדרה זו בחן את מנוע השטף הצירי (AFM) בפירוט והשווה אותו למנוע השטף הרדיאלי (RFM). חלק 2 של שאלות נפוצות זה המשיך את החקירה של AFMs ו-RFMs. חלק אחרון זה של השאלות הנפוצות בוחן כמה סוגיות בעולם האמיתי הקשורות לאימוץ של AFMs.
ש: איזה גורם עשוי להאיץ את השימוש ב-AFM?
A: ישנם מספר גורמים. ראשית, ישנם יישומים כגון EVs שיכולים להפיק תועלת מהביצועים והאריזה של AFMs, כגון EVs. כמו כן, עיצוב AFM נעזר מאוד בכלי CAD/FEA חדשים לניתוח של שדה ה-EM ונתיבי השטף, ביצועי חומרים, סובלנות שגיאה, ביצועים תרמיים ושיקולים נוספים. טכניקות חדשות, כולל שימוש במתכות מופעלות לייצור המגנטים, מציעות גמישות ייצור חדשה. לבסוף, ישנן דרכים חדשות להרכיב את החלקים הדרושים ולמינציות של החלקים הלא מתפתלים של המנוע.
ש: האם AFMs זמינים ביחידות מדף עם גודל, הספק וביצועים סטנדרטיים כמו RFMs?
A: לא, הם לא, אבל אולי זה לא מהווה מניעה. יישומים פוטנציאליים בנפח גבוה כגון EVs ידרשו עיצובי AFM מותאמים אישית אשר מותאמים במיוחד כדי לעמוד בשילוב הדרישות הייחודי שלהם, ויהיה להם נפח לתמוך בעיצוב וייצור מותאמים אישית. חברות רבות עובדות על גישות חדשניות לעיצוב AFM, טוענות (או לפחות מקווים) להציע עיצוב מעולה מנקודת מבט של ביצועים, ייצור ועלות.
ש: מי הם חלק מהספקים הללו של AFMs?
A: יש הרבה סטארט-אפים וספקים קטנים יותר שעושים עבודה משמעותית בתחום זה:
מרצדס-בנץ טוענת כי ה-AFM שתוכננה על ידי חברת הבת שלהם YASA מגדילה את צפיפות ההספק ביותר מ-30% ומספקת תועלת מטווח של 5% על פני רכבי RFM שמניעים בדרך כלל רכבי EV בשוק המוני. מפעל חדש של מרצדס בנץ בברלין יבנה מנועים בשטף צירי עבור הפלטפורמה החשמלית AMG של יצרנית הרכב בלבד. האתגר העיקרי יהיה להתאים את שלבי הייצור השונים של הרכבה, ייצור וריתוך לעיצוב החדש, וללמוד להתמודד עם החומרים המגנטיים-מרוכבים הרכים שבהם הם משתמשים.
Triaxial, חברת בת של Magmax BV שבסיסה בבלגיה, פיתחה גם מטוסי AFM המכוונים לרכבי רכב חשמליים ולמטוסים אלקטרוניים (מוניות אלקטרוניות, מטוסים קטנים). יש להם עיצוב קנייני ללא עול שלטענתם הוא יעיל יותר, קל יותר וקל יותר לייצור.
Infinitum (Round Rock, TX) טוענת שה-AFM החדשני שלהם בהספק של 10 כוחות סוס משתמשת ב-66% פחות נחושת, בעלת 50% מהגודל ומהמשקל, ומשתמשת ב-10% פחות אנרגיה מאשר מנוע RFM דומה. אלו הן טענות מרשימות, יש להודות, עבור מנוע קטן יותר כוח סוס.
בנוסף להצעת תוכנת CAD בעיצוב מנוע, ECM PCB Stator Tech (Needham, MA) מפתחת גישה ייחודית לסטטור. במקום להשתמש בסלילים מפותלים, הם חוקרים AFMs עם סטטורים המשתמשים בלוחות אוויר-ליבת מעגלים מודפסים. סטטורי ה-PCB של ECM מחליפים את פיתולי הנחושת המצויים במכונות חשמליות קונבנציונליות בסטטור דק במיוחד, דבר זה חוסך מקום ומאפשר גמישות רבה יותר בתכנון, אופטימיזציה וייצור.
שימו לב שיצרני RFM מבוססים אינם מתעלמים מהאתגרים שמעוררים AFMs. לדוגמה, Magnetic Innovations טוענת שהשיפורים שלהם ב-RFM הופכים אותם לתחרותיים מבחינה פונקציונלית עם AFMs תוך שימוש בתהליכי ייצור קיימים בעלות נמוכה.
ש: טסלה היא משתמש עיקרי במנועים; באיזה סוג הם משתמשים, והאם הם AFMs?
A: רוב רכבי החשמל של טסלה משתמשים במנוע סינכרוני מגנט קבוע AC מקורר נוזלי, עם הנעה בתדר משתנה מאחור, ומנוע אינדוקציה AC, גם מקורר נוזל ועם כונן בתדר משתנה עבור הכונן הקדמי. אף אחד מהמנועים אינו AFM, למרות שעל פי הדיווחים הם בוחנים את השימוש בהם.
AFMs עשויים אולי לאפשר את הרכבת המנוע במכלול הגלגלים עצמו, שיש לו כמה יתרונות עיצוביים וייצור, אך פעולה זו גם מוסיפה למשקל לא קפיץ, מה שפוגע בטיפול ברכב, בנוחות הנסיעה והיבטי שליטה אחרים.
ש: לבסוף, מהו הכונן החשמלי עבור AFM לעומת RFM?
A: נעשה שימוש באותה אלקטרוניקה של כונן משתנה (VFD), אך אלגוריתמי הכונן מכוונים מעט מחדש כך שישתלבו עם ההבדלים בביצועים. VFDs המוקדמים היו כולם אנלוגיים, אבל הם מיושנים ברובם על ידי דיגיטליים הנשלטים על ידי מעבד. ה-VFD יוצר באופן דיגיטלי גל דמוי סינוס מזרם בתדר גבוה יותר של פולסים ואפנון רוחב הפולסים (PWM) (איור 1). ה-VFD גם מווסת עלייה והורדה ברצפי הפעלה וכיבוי כדי למזער את זרם הכניסה, עליות, רעידות ונזקי זעזועים אפשריים למנוע או לעומס שלו.
ה-VFD מגדיר, שולט ומשנה את התדר של גל סינוס זה בהתאם למה שהמנוע נקרא לעשות. לאחר מכן, מגבר ב-VFD מגביר את אות הסינוס הזה למתח ולזרם הדרושים להפעלת המנוע. תדר הנשא של VFD הוא התדר של מיתוג ה-PWM והוא נע בדרך כלל בין 2 קילו-הרץ ל-20 קילו-הרץ.
פלט PWM בתדר גבוה זה משמש לאחר מכן ליצירת גל הסינוס בתדר נמוך יותר ומספק את פלט התדר המשתנה למנוע; תדר זה משתרע על פני 0 הרץ עד 400 הרץ. הגודל הפיזי והאריזה של VFD לשימוש כללי עבור יישומים תעשייתיים קבועים במקום נעים מקופסה קטנה ועד ארון גדול, בהתאם למתח, הזרם ורמת ההספק הנדרשים (איור 2).
לעומת זאת, כונן ה-VFD עבור יישום מיוחד כמו מנוע EV או מנועים יהיה עיצוב מותאם אישית עם תכונות וביצועים המותאמים היטב ל-RFM או AFM הספציפיים המשמשים, כמו גם למנדטים הרבים של בטיחות הרכב וסביבת ההפעלה. בנוסף, האריזה תתוכנן כך שתתאים לשטח ולמיקום הפנוי ברכב וכן להתמודד עם בעיות תרמיות וטמפרטורות קיצוניות של רכב.
תוכן הקשור ל-EE World
מנועים ללא מברשות ולוחות מנוע
אבחון מבוסס היקף של כונני מנועים תלת פאזיים
למה אתה לא צריך כונן במהירות משתנה כדי לשנות את מהירות המאוורר
שאלות נפוצות על מנועי מתיחה, חלק 1
שאלות נפוצות על מנועי מתיחה, חלק 2
שאלות נפוצות על מנועי מתיחה, חלק 3
כונן חד קוטבי לעומת דו קוטבי עבור מנועי צעד, חלק 1: עקרונות
כונן חד קוטבי לעומת דו קוטבי עבור מנועי צעד, חלק 2: פשרות
כונן חד קוטבי לעומת דו קוטבי עבור מנועי צעד, חלק 3: כונן ICs
שאלות נפוצות על מנועי סרוו: חלק 1
שאלות נפוצות על מנועי סרוו: חלק 2
הפניות חיצוניות
אוניברסיטת איווה סטייט, "מאפיינים מוטוריים"
YASA, "שטף צירי: העתיד של הנעת רכב חשמלי ביצועי"
E-Mobility Engineering, "מנועי שטף צירים"
סטנפורד מגנטים, "סקירה כללית של מנוע שטף צירי ומגנט מנוע שטף צירי"
Magnet Academy, National Mag Lab, "Davenport Motor – 1834"
איטון, "מדוע צפיפות המומנט חשובה לתכנון המכונה"
אופק טכנולוגיה, "עיצוב מנוע חשמלי: רדיאלי לעומת שטף צירי ורוחב"
Triaxial BV, "מנוע שטף צירי לעומת מנוע שטף רדיאלי: התמקדות בכיוון השדה המגנטי"
Triaxial BV, "מדוע לא כל מנועי הרכב החשמלי הם שטף צירי (עדיין)?"
חידושים מגנטיים, "מהו מנוע מגנט קבוע בשטף רדיאלי?"
מוצרי אחסון, "באיזה מנוע חשמלי משתמשת טסלה?"
טסלה, "תת-מערכות: סוגי מנועים ומפרטים"
כתב העת האירופי להנדסת חשמל, יוני 2014, "מודלים מגנטיים של מנועים קבועים של שטף רדיאלי ו-Axial-Flux עבור כלי רכב עם הנעה ישירה. מפרטים והשוואה"
Oak Ridge National Laboratory, "השוואה בין מכונות שטף רדיאלי וצירי של רוטור חיצוני ליישום בכלי רכב חשמליים"
Kilowatt Classroom LLC, "היסודות של כונן תדרים משתנים"
VFDS.org, "כונני תדרים משתנים"