Động cơ AC thông lượng hướng tâm mang lại một số lợi ích về hiệu suất và đóng gói nhưng cũng gây ra một số vấn đề về nhiệt và khả năng sản xuất.
Phần 1 của loạt bài này đã xem xét chi tiết động cơ hướng trục (AFM) và so sánh nó với động cơ hướng tâm (RFM) được sử dụng rất rộng rãi. Phần 2 của Câu hỏi thường gặp này tiếp tục khám phá AFM và RFM. Phần cuối cùng của Câu hỏi thường gặp này xem xét một số vấn đề thực tế liên quan đến việc áp dụng AFM.
Hỏi: Yếu tố nào có thể đẩy nhanh việc sử dụng AFM?
A: Có một số yếu tố. Đầu tiên, có những ứng dụng như xe điện có thể được hưởng lợi từ hiệu suất và cách đóng gói của AFM, chẳng hạn như xe điện. Ngoài ra, thiết kế AFM được hỗ trợ rất nhiều bởi các công cụ CAD/FEA mới để phân tích trường EM và đường dẫn từ thông, hiệu suất vật liệu, khả năng chịu lỗi, hiệu suất nhiệt và các cân nhắc khác. Các kỹ thuật mới, bao gồm việc sử dụng kim loại được cấp năng lượng để chế tạo nam châm, mang lại tính linh hoạt trong sản xuất mới. Cuối cùng, có những cách mới để lắp ráp các bộ phận cần thiết và các lớp ghép của các bộ phận không cuộn dây của động cơ.
Câu hỏi: AFM có sẵn ở dạng sẵn có với kích thước, công suất và hiệu suất được tiêu chuẩn hóa như RFM không?
A: Không, không phải vậy, nhưng đó có thể không phải là một trở ngại. Các ứng dụng tiềm năng có khối lượng lớn như xe điện sẽ yêu cầu các thiết kế AFM tùy chỉnh được tối ưu hóa cao để đáp ứng sự kết hợp các yêu cầu độc đáo của chúng và chúng sẽ có khối lượng để hỗ trợ thiết kế và chế tạo tùy chỉnh. Nhiều công ty đang nghiên cứu các phương pháp tiếp cận sáng tạo đối với thiết kế AFM, tuyên bố (hoặc ít nhất là hy vọng) đưa ra một thiết kế vượt trội về mặt hiệu suất, sản xuất và chi phí.
Câu hỏi: Một số nhà cung cấp AFM này là ai?
A: Có rất nhiều công ty khởi nghiệp và nhà cung cấp nhỏ hơn đang thực hiện công việc quan trọng trong lĩnh vực này:
Mercedes-Benz tuyên bố rằng AFM do công ty con YASA của họ thiết kế giúp tăng mật độ năng lượng lên hơn 30% và mang lại lợi ích phạm vi 5% so với RFM thường cung cấp năng lượng cho xe điện dành cho thị trường đại chúng. Một nhà máy được tái sử dụng của Mercedes-Benz ở Berlin sẽ chế tạo động cơ hướng trục cho nền tảng chạy điện AMG của nhà sản xuất ô tô này. Thách thức chính sẽ là điều chỉnh các bước sản xuất khác nhau như lắp ráp, sản xuất và hàn cho phù hợp với thiết kế mới, đồng thời học cách xử lý các vật liệu tổng hợp từ tính mềm mà họ sử dụng.
Triaxis, một công ty con của Magmax BV có trụ sở tại Bỉ, cũng đã phát triển AFM nhắm vào xe điện và máy bay di động điện tử (taxi điện tử, máy bay nhỏ). Họ có thiết kế không cần ách độc quyền mà họ khẳng định là hiệu quả hơn, trọng lượng nhẹ hơn và dễ sản xuất hơn.
Infinitum (Round Rock, TX) tuyên bố AFM 10 mã lực cải tiến của họ sử dụng đồng ít hơn 66%, kích thước và trọng lượng giảm 50%, đồng thời sử dụng năng lượng ít hơn 10% so với động cơ RFM tương đương. Phải thừa nhận rằng đây là những tuyên bố ấn tượng đối với một động cơ có mã lực nhỏ hơn.
Ngoài việc cung cấp phần mềm CAD thiết kế động cơ, ECM PCB Stator Tech (Needham, MA) đang phát triển một phương pháp tiếp cận độc đáo cho stato. Thay vì sử dụng cuộn dây quấn, họ đang nghiên cứu AFM với stator sử dụng bảng mạch in lõi không khí. Stator PCB của ECM thay thế cuộn dây đồng thường thấy trong các máy điện thông thường bằng stator siêu mỏng, điều này giúp tiết kiệm không gian và cho phép linh hoạt hơn trong thiết kế, tối ưu hóa và chế tạo.
Lưu ý rằng các nhà sản xuất RFM đã thành danh không bỏ qua những thách thức do AFM đặt ra. Ví dụ: Công ty Đổi mới Từ tính tuyên bố rằng những cải tiến của họ đối với RFM khiến chúng có khả năng cạnh tranh về mặt chức năng với AFM trong khi sử dụng các quy trình sản xuất chi phí thấp hiện có.
Hỏi: Tesla là hãng sử dụng động cơ chủ yếu; họ sử dụng loại nào và chúng có phải là AFM không?
A: Hầu hết các xe điện Tesla đều sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu AC làm mát bằng chất lỏng, với bộ truyền động tần số thay đổi cho phía sau và một động cơ cảm ứng AC, cũng làm mát bằng chất lỏng và có bộ truyền động tần số thay đổi cho bộ dẫn động phía trước. Cả hai động cơ đều không phải là AFM, mặc dù được cho là họ đang khám phá cách sử dụng chúng.
AFM có thể cho phép động cơ được gắn vào chính cụm bánh xe, điều này có một số lợi thế về thiết kế và sản xuất, nhưng làm như vậy cũng làm tăng thêm trọng lượng không có lò xo, làm giảm khả năng xử lý của xe, sự thoải mái khi lái xe và các khía cạnh điều khiển khác.
Hỏi: Cuối cùng, bộ truyền động điện của AFM là gì so với RFM?
A: Sử dụng cùng một thiết bị điện tử dẫn động tần số thay đổi (VFD), nhưng thuật toán truyền động được điều chỉnh lại một chút để phù hợp với những khác biệt về hiệu suất. Các VFD ban đầu đều là analog, nhưng chúng phần lớn đã trở nên lỗi thời bởi các VFD kỹ thuật số được điều khiển bằng bộ xử lý. VFD kỹ thuật số tạo ra sóng giống hình sin từ luồng xung tần số cao hơn và điều chế độ rộng xung (PWM) (Hình 1). VFD cũng điều chỉnh việc tăng và giảm tốc độ trong các trình tự bật và tắt nguồn để giảm thiểu dòng điện khởi động, đột biến, rung và có thể gây hư hỏng do sốc cho động cơ hoặc tải của động cơ.
VFD thiết lập, điều khiển và thay đổi tần số của sóng hình sin này tùy theo yêu cầu của động cơ. Sau đó, bộ khuếch đại trong VFD sẽ tăng tín hiệu hình sin này lên điện áp và dòng điện cần thiết để cấp nguồn cho động cơ. Tần số sóng mang của VFD là tần số chuyển đổi tín hiệu xung điện và thường nằm trong khoảng từ 2 kHz đến 20 kHz.
Đầu ra tần số cao này sau đó được sử dụng để tạo ra sóng hình sin tần số thấp hơn và cung cấp đầu ra tần số thay đổi cho động cơ; tần số này thường kéo dài từ 0 Hz đến 400 Hz. Kích thước vật lý và bao bì của VFD đa năng dành cho các ứng dụng công nghiệp cố định tại chỗ trải dài từ hộp nhỏ đến tủ lớn, tùy thuộc vào điện áp, dòng điện và mức công suất cần thiết (Hình 2).
Ngược lại, bộ truyền động VFD dành cho ứng dụng đặc biệt như động cơ điện hoặc các động cơ sẽ là thiết kế tùy chỉnh với các thuộc tính và hiệu suất phù hợp chặt chẽ với RFM hoặc AFM cụ thể được sử dụng cũng như nhiều yêu cầu về an toàn và môi trường vận hành của ô tô. Ngoài ra, bao bì sẽ được thiết kế để phù hợp với không gian và vị trí sẵn có trong xe cũng như giải quyết các vấn đề về nhiệt và nhiệt độ khắc nghiệt của xe.
Nội dung liên quan đến thế giới EE
Động cơ không chổi than và bảng tên động cơ
Chẩn đoán dựa trên phạm vi của bộ truyền động động cơ ba pha
Tại sao bạn không cần ổ đĩa có tốc độ thay đổi để thay đổi tốc độ của quạt
Hỏi đáp về động cơ máy kéo phần 1
Hỏi đáp về động cơ máy kéo phần 2
Hỏi đáp về động cơ máy kéo phần 3
Bộ truyền động đơn cực và lưỡng cực cho động cơ bước, Phần 1: nguyên tắc
Bộ truyền động đơn cực và lưỡng cực cho động cơ bước, Phần 2: Sự cân bằng
Ổ đĩa đơn cực và lưỡng cực cho động cơ bước, Phần 3: IC điều khiển
Câu hỏi thường gặp về động cơ servo: phần 1
Câu hỏi thường gặp về động cơ servo: phần 2
Tài liệu tham khảo bên ngoài
Đại học Bang Iowa, “Đặc điểm của động cơ”
YASA, “Thông lượng hướng trục: Tương lai của động cơ đẩy xe điện hiệu suất”
Kỹ thuật di động điện tử, “Động cơ hướng trục”
Nam châm Stanford, “Tổng quan về Động cơ từ thông hướng trục & Nam châm động cơ từ thông hướng trục”
Học viện Magnet, Phòng thí nghiệm Mag Quốc gia, “Davenport Motor - 1834”
Eaton, “Tại sao mật độ mô-men xoắn lại quan trọng đối với thiết kế máy”
chân trời Công nghệ, “Thiết kế động cơ điện: Thông lượng xuyên tâm so với thông lượng hướng trục và ngang”
BV ba trục, “Động cơ từ thông hướng trục và Động cơ từ thông hướng tâm: Tập trung vào định hướng từ trường”
BV ba trục, “Tại sao không phải tất cả các động cơ xe điện đều có thông lượng dọc trục (Tuy nhiên)?”
Đổi mới từ tính, “Động cơ nam châm vĩnh cửu có dòng hướng tâm là gì?”
Storables, “Tesla sử dụng động cơ điện nào?”
Tesla, “Các hệ thống con: Loại động cơ và thông số kỹ thuật”
Tạp chí Kỹ thuật Điện Châu Âu, tháng 2014 năm XNUMX, “Mô hình hóa từ tính của động cơ nam châm vĩnh cửu xuyên tâm và hướng trục-thông lượng cho ô tô truyền động trực tiếp. Thông số kỹ thuật và so sánh”
Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, “So sánh các máy thông lượng hướng trục và hướng trục rôto bên ngoài để ứng dụng trong xe điện”
Lớp học Kilowatt LLC, “Các nguyên tắc cơ bản về truyền động tần số thay đổi”
VFDS.org, “Ổ đĩa tần số thay đổi”