방사형 플럭스 AC 모터는 일부 성능 및 패키징 이점을 제공하지만 열 및 제조 가능성 문제도 발생합니다.
이 시리즈의 1부에서는 AFM(축방향 자속 모터)을 자세히 조사하고 이를 매우 널리 사용되는 방사형 자속 모터(RFM)와 비교했습니다. 이 FAQ의 2부에서는 AFM 및 RFM에 대한 탐색을 계속했습니다. FAQ의 마지막 부분에서는 AFM 채택과 관련된 몇 가지 실제 문제를 살펴봅니다.
Q: AFM의 채택을 가속화할 수 있는 요인은 무엇입니까?
A: 몇 가지 요인이 있습니다. 첫째, EV와 같은 AFM의 성능과 패키징의 이점을 누릴 수 있는 EV와 같은 애플리케이션이 있습니다. 또한 AFM 설계는 EM 장 및 자속 경로, 재료 성능, 오류 허용 오차, 열 성능 및 기타 고려 사항을 분석하기 위한 새로운 CAD/FEA 도구의 도움을 많이 받습니다. 자석 제조에 전동 금속을 사용하는 등의 새로운 기술은 새로운 생산 유연성을 제공합니다. 마지막으로, 모터의 비권선 부품의 적층과 필요한 부품을 조립하는 새로운 방법이 있습니다.
Q: AFM은 RFM처럼 표준화된 크기, 전력 및 성능을 갖춘 기성 장치로 제공됩니까?
A: 아니요, 그렇지 않습니다. 하지만 그것이 장애가 될 수는 없습니다. EV와 같은 대량 잠재적 응용 분야에는 고유한 요구 사항 조합을 충족하도록 고도로 최적화된 맞춤형 AFM 설계가 필요하며 맞춤형 설계 및 제작을 지원할 수 있는 용량이 있어야 합니다. 많은 기업들이 AFM 설계에 대한 혁신적인 접근 방식을 연구하고 있으며 성능, 제조 및 비용 측면에서 우수한 설계를 제공한다고 주장하거나 적어도 희망하고 있습니다.
Q: AFM 제공업체에는 어떤 곳이 있나요?
A: 이 분야에서 중요한 작업을 수행하는 많은 신생 기업과 소규모 공급업체가 있습니다.
Mercedes-Benz는 자회사 YASA가 설계한 AFM이 전력 밀도를 30% 이상 높이고 일반적으로 대중 시장 EV에 전력을 공급하는 RFM에 비해 5% 범위의 이점을 제공한다고 주장합니다. 용도가 변경된 베를린의 메르세데스-벤츠 공장은 자동차 제조업체의 AMG 전기 전용 플랫폼을 위한 축방향 자속 모터를 제작할 예정입니다. 주요 과제는 조립, 생산, 용접의 다양한 제조 단계를 새로운 설계에 적응시키고, 사용하는 연자성 복합 재료를 다루는 방법을 배우는 것입니다.
벨기에에 본사를 둔 Magmax BV의 자회사 Triax도 EV 및 e-Mobility 항공기(e-taxis, 소형 항공기)를 대상으로 하는 AFM을 개발했습니다. 그들은 더 효율적이고, 더 가벼우며, 제조가 더 쉽다고 주장하는 독점적인 요크 없는 디자인을 가지고 있습니다.
Infinitum(Round Rock, TX)은 자사의 혁신적인 10마력 AFM이 유사한 RFM 모터에 비해 구리를 66% 적게 사용하고, 크기와 무게는 50%, 에너지를 10% 적게 사용한다고 주장합니다. 이것은 더 작은 마력의 모터에 대한 인상적인 주장입니다.
모터 설계 CAD 소프트웨어를 제공하는 것 외에도 ECM PCB Stator Tech(매사추세츠주 니드햄)는 고정자에 대한 독특한 접근 방식을 개발하고 있습니다. 그들은 권선형 코일을 사용하는 대신 공심 인쇄 회로 기판을 사용하는 고정자가 있는 AFM을 연구하고 있습니다. ECM의 PCB 고정자는 기존 전기 기계에서 사용되는 구리 권선을 초박형 고정자로 대체하여 공간을 절약하고 설계, 최적화 및 제조에 더 많은 유연성을 제공합니다.
기존 RFM 제조업체는 AFM으로 인해 발생하는 문제를 무시하지 않습니다. 예를 들어, Magnetic Innovations는 RFM의 개선으로 인해 기존의 저비용 제조 공정을 사용하면서 AFM과 기능적으로 경쟁력이 있다고 주장합니다.
Q: Tesla는 모터의 주요 사용자입니다. 그들은 어떤 종류를 사용하며 AFM입니까?
A: 대부분의 Tesla EV는 후면에 가변 주파수 드라이브가 있는 수냉식 AC 영구 자석 동기 모터와 전면 드라이브에 가변 주파수 드라이브가 있는 수냉식 AC 유도 모터를 사용합니다. 두 모터 모두 AFM이 아니지만 용도를 모색 중인 것으로 알려졌습니다.
AFM을 사용하면 모터를 휠 어셈블리 자체에 장착할 수 있어 설계 및 생산상의 이점이 있지만 스프링 하중량이 추가되어 차량 핸들링, 승차감 및 기타 제어 측면이 저하됩니다.
Q: 마지막으로 RFM에 비해 AFM의 전기 구동 장치는 무엇입니까?
A: 동일한 가변 주파수 드라이브(VFD) 전자 장치가 사용되지만 드라이브 알고리즘은 성능 차이에 맞게 약간 재조정되었습니다. 초기 VFD는 모두 아날로그였지만 프로세서로 제어되는 디지털 VFD로 인해 대부분 쓸모가 없게 되었습니다. VFD는 더 높은 주파수의 펄스 스트림과 펄스 폭 변조(PWM)로부터 사인파를 디지털 방식으로 생성합니다(그림 1). VFD는 또한 전원 켜기 및 끄기 시퀀스에서 램프 업 및 램프 다운을 조절하여 돌입 전류, 서지, 진동 및 모터나 부하에 대한 충격 손상 가능성을 최소화합니다.
VFD는 모터가 수행해야 하는 작업에 따라 이 사인파의 주파수를 설정, 제어 및 변경합니다. 그런 다음 VFD의 증폭기는 이 사인 신호를 모터에 전력을 공급하는 데 필요한 전압과 전류로 증폭합니다. VFD의 캐리어 주파수는 PWM 스위칭의 주파수이며 일반적으로 범위는 2kHz ~ 20kHz입니다.
이 고주파수 PWM 출력은 저주파 사인파를 생성하는 데 사용되며 모터에 가변 주파수 출력을 제공합니다. 이 주파수는 일반적으로 0Hz ~ 400Hz 범위입니다. 고정식 산업용 애플리케이션을 위한 범용 VFD의 물리적 크기와 포장은 필요한 전압, 전류 및 전력 수준에 따라 작은 상자부터 큰 캐비닛까지 다양합니다(그림 2).
이와 대조적으로, EV 모터와 같은 특수 애플리케이션을 위한 VFD 드라이브는 사용되는 특정 RFM 또는 AFM은 물론 다양한 자동차 안전 및 작동 환경 규정과 긴밀하게 일치하는 속성과 성능을 갖춘 맞춤형 설계가 될 것입니다. 또한, 포장은 차량 내 사용 가능한 공간과 위치에 맞도록 설계될 뿐만 아니라 차량의 열 문제와 극한의 온도에도 대처할 수 있도록 설계됩니다.
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외부 참조
아이오와 주립대학교, “운동 특성”
YASA, “축방향 플럭스: 고성능 전기자동차 추진의 미래”
E-모빌리티 엔지니어링, “축방향 자속 모터”
Stanford Magnets, "축 자속 모터 및 축 자속 모터 자석 개요"
자석 아카데미, 국립 자기 연구소, “Davenport Motor – 1834”
Eaton, “기계 설계에 토크 밀도가 중요한 이유”
수평선 Technology, “전기 모터 설계: 방사형 대 축방향 및 횡방향 자속”
3축 BV, "축방향 자속 모터와 방사형 자속 모터: 자기장 방향에 초점"
삼축 BV, “왜 모든 전기 자동차 모터는 (아직) 축 방향 자속이 아닌가?”
Magnetic Innovations, “방사상 자속 영구 자석 모터란 무엇입니까?”
Storageables, “테슬라는 어떤 전기모터를 사용하나요?”
Tesla, “하위 시스템: 모터 유형 및 사양”
유럽 전기공학 저널, 2014년 XNUMX월, "직접 구동 자동차용 방사상 자속 및 축 자속 영구 자석 모터의 자기 모델링. 사양 및 비교”
Oak Ridge National Laboratory, "전기 자동차에 적용하기 위한 외부 로터 방사형 및 축 자속 기계의 비교"
Kilowatt Classroom LLC, "가변 주파수 드라이브 기초"
VFDS.org, “가변 주파수 드라이브”