Применение двигателя с осевым потоком
Осевой электродвигатель (также называемый "дисковым двигателем") имеет путь потока, отличный от обычного радиального двигателя. Воздушный зазор плоский, и направление магнитного поля воздушного зазора параллельно оси двигателя. Основное техническое преимущество аксиального электродвигателя заключается в том, что вращающийся ротор расположен сбоку от статора (а не внутри статора), поэтому ротор имеет больший диаметр, а крутящий момент = усилие × радиус, поэтому он может получать более высокий крутящий момент при том же усилии. Это означает, что более высокий крутящий момент может быть получен при условии использования одного и того же материала постоянного магнита и медной проволоки. Как правило, конструкция с использованием нового двигателя с осевым потоком позволяет улучшить плотность крутящего момента более чем на 30% по сравнению с конструкцией с использованием традиционного двигателя с радиальным потоком.
В области автомобильного электропривода с использованием синхронного двигателя с постоянными магнитами или асинхронного двигателя широко разрабатываются традиционные двигатели с радиальным потоком для оптимизации веса и стоимости, но возможности для дальнейшего повышения технического уровня очень ограничены. Следовательно, хорошей альтернативой может быть переход на совершенно другой тип двигателя. Благодаря техническим характеристикам аксиальных электродвигателей, таким как компактная конструкция, плоские и ультратонкие, небольшие размеры, малый вес и высокая удельная мощность, многие разработчики упорно трудились над совершенствованием технологии в последнее десятилетие, чтобы постепенно сделать ее пригодной для новых сценариев применения, таких как электрические мотоциклы, аэровокзалы, грузовые автомобили, электромобили и даже электрические самолеты.
1. Комбинация топологической структуры двигателей с осевым потоком является гибкой и может комбинироваться в соответствии с реальным сценарием применения.
В соответствии со структурой комбинации статора и ротора, двигатели с осевым потоком можно разделить на следующие четыре структуры:
1. Конструкция с одним статором / одним ротором:
1 ротор + 1 статор, простая и компактная конструкция, но большое одностороннее магнитное притяжение, большая нагрузка на подшипник, большая вибрация и шум, а также риск трения статора о ротор, что сокращает срок службы двигателя;
2. Конструкция с одним статором / двойным ротором:
2 внешних статора + 1 внутренний ротор, высокая плотность мощности, больше подходит для тяговых систем, аэрокосмической и других областей;
3. Конструкция с двойным статором / одним ротором:
2 внешних ротора + 1 внутренний статор, с хорошей симметрией, относительно небольшим односторонним магнитным притяжением, больше подходит для систем ветроэнергетики;
4. Многостаторовая / многороторная конструкция:
несколько статоров + несколько роторов, подходящих для сценариев с высоким крутящим моментом, таких как судовые силовые установки, крупные ветрогенераторы и гидроэлектрогенераторы.
2. Ограничения двигателей с осевым потоком
1. Вопросы стоимости:
Для двигателей с осевым потоком требуются специальные материалы и производственные процессы, поэтому стоимость изготовления обычно выше, чем у традиционных двигателей с радиальным потоком. Например, использование топологии без ярма и специальной конструкции статора-ротора увеличит затраты.
2. Сложность проектирования и производства:
Проектирование и производство аксиальных электродвигателей обычно сложны. Например, воздушный зазор между ротором и статором необходимо поддерживать равномерным. Осевое усилие во время работы может вызвать сильное натяжение вала двигателя. Производственный процесс и механическое оборудование не такие совершенные, как у радиальных двигателей. Все это ограничивает возможности крупномасштабного производства.
3. Проблема с рассеиванием тепла:
Поскольку обмотки двигателей с осевым потоком расположены глубоко в статоре и между двумя дисками ротора, отвод тепла очень затруднен. Двигатель перегревается при работе под высокой нагрузкой, что влияет на производительность и срок службы двигателя.