Los motores de flujo axial están entrando en producción; deben realizarse pruebas
Los motores de flujo axial han pasado de ser curiosidades aeroespaciales a componentes convencionales de vehículos eléctricos más rápido de lo que la mayoría de los ingenieros anticipaban.. El SF90 Stradale de Ferrari utiliza un motor de flujo axial derivado de YASA para su unidad trasera híbrida. Mercedes-Benz adquirió YASA directamente en 2021 para asegurar la tecnología para su línea AMG. Emrax y Magnax suministran unidades a los aviones, carreras, y OEM de propulsión naval. Turntide y Saietta abordan los mercados de vehículos comerciales y de dos ruedas respectivamente.
La característica común es una geometría de panqueque.: Los discos del rotor y del estator están dispuestos cara a cara., separados por un pequeño espacio de aire axial. Se demuestran habitualmente valores de densidad de potencia de 5 a 10 kW/kg en el pico., aproximadamente el doble de lo que logra una máquina de flujo radial comparable. Pero el ingeniero del banco de pruebas se enfrenta a varios desafíos que no tienen equivalente en las pruebas de motores convencionales..
Por qué el factor de forma lo cambia todo en el banco de pruebas
Un motor de flujo radial tiene un eje que sobresale de ambos extremos de una carcasa cilíndrica; el acoplamiento del banco de pruebas es sencillo. El eje de salida de un motor de flujo axial puede sobresalir de un solo lado de una carcasa muy plana, o en doble rotor / estator único (TRSM) configuraciones, el eje puede tener una distancia de rodamiento inusualmente corta. El banco de pruebas debe acomodar:
- Bridas adaptadoras personalizadas: Las carcasas de flujo axial rara vez utilizan montaje de pie estándar IEC o NEMA.. Es obligatorio un adaptador de carcasa de campana mecanizado con precisión que coincida con el diámetro del círculo de pernos del motor y la espiga de centrado.. Desalineación de más de 0.05 mm TIR en la cara del acoplamiento introducirá momentos de flexión parásitos que distorsionan la medición del par.
- Gestión de carga axial: En configuraciones de doble rotor, La fuerza de atracción entre los discos del rotor y el estator puede exceder el empuje nominal del motor en un factor de tres o más.. La mesa de pruebas del banco debe ser capaz de resistir esta precarga axial sin permitir que el motor se desplace., lo que alteraría el espacio de aire y corrompería las lecturas de eficiencia.
- Acceso termal: El estator en versión TRSM está rodeado por ambas caras por rotores de discos giratorios., haciendo que la medición de la temperatura de la ranura del estator mediante termopar sea extremadamente difícil. Se prefieren las sondas de fibra óptica encaminadas a través de los devanados del estator.; alternativamente, La medición de la resistencia del devanado en equilibrio térmico proporciona una temperatura promedio del conductor..
Elementos de prueba básicos
1. Forma de onda Back-EMF y análisis armónico
Los motores de flujo axial con devanados concentrados a menudo exhiben una forma de onda contraEMF que es más trapezoidal que sinusoidal.. Esto afecta la forma en que el motor interactúa con un inversor de onda sinusoidal y debe caracterizarse antes de ajustar el control.. El banco de pruebas hace girar el motor a la velocidad nominal sin aplicar carga.; Los voltajes de fase de circuito abierto se registran a una frecuencia de muestreo de al menos 50 kS/s. Se informa el contenido armónico hasta el orden 50..
Métricas clave: THD del voltaje back-EMF de circuito abierto; frecuencia fundamental; pico de fuerza contraelectromotriz línea a línea a velocidad nominal; Magnitud del par dentado y período angular de la misma medición de rotación..
2. Mapeo de eficiencia (Rejilla velocidad-par)
Los motores de flujo axial comúnmente alcanzan una eficiencia máxima por encima 96%, pero la estrecha isla de alta eficiencia puede colapsar rápidamente en puntos operativos fuera de diseño. Una grilla mínima de 10 × 10 Se recomiendan puntos velocidad-par., con resolución más fina (20 × 20) en la región del WLTP esperado / Puntos de operación ponderados NEDC. La potencia de entrada debe medirse en el bus de CC.; La medición de tensión y corriente de fase por sí sola evita las pérdidas de conmutación del inversor..
Métricas clave: Máxima eficiencia del sistema (motor + inversor); eficiencia en 50% velocidad / 50% esfuerzo de torsión; eficiencia ponderada por ciclo WLTP.
3. Mapeo térmico bajo carga continua
La disipación de calor es la principal limitación del motor de flujo axial. el estator, intercalado entre dos discos giratorios, Tiene enfriamiento convectivo limitado a menos que haya canales de enfriamiento líquido activos integrados en el yugo del estator.. Pruebas de carga continua en 100% potencia nominal para 30 Se requiere un mínimo de minutos para identificar cualquier punto térmico caliente.. Si el motor usa una camisa de agua, la temperatura de entrada del refrigerante, tasa de flujo, y la presión debe mantenerse constante durante toda la prueba..
4. NVH y pruebas de modo estructural
La delgada estructura de disco de un rotor de flujo axial es susceptible a resonancias acústicas en combinaciones específicas de velocidad y par.. El disco puede actuar como un parche de tambor., Radiación de sonido transmitido por estructuras al doble de la frecuencia eléctrica fundamental más armónicos en las ranuras del rotor.. Los acelerómetros en las bridas de la carcasa del motor y una medición de la potencia sonora en un entorno semianecoico son estándar. Identifique los puntos de funcionamiento anteriores 80 dB(A) en 1 m temprano para que el equipo de control del variador pueda aplicar la inyección armónica para mitigar.
5. Evaluación de riesgos de desmagnetización (Flujo axial de PM)
Rotores de flujo axial de imanes permanentes (P.EJ., TRSM) son vulnerables a la desmagnetización parcial en condiciones de falla de cortocircuito porque la profundidad del imán en la dirección axial está limitada por el diseño del disco compacto. La prueba implica aplicar un pulso de corriente pico negativo controlado en el eje d igual a 2 veces la corriente pico nominal para 100 ms y volver a medir inmediatamente el enlace de flujo máximo. Cualquier reducción mayor que 0.5% indica desmagnetización irreversible.
Adaptación de un banco de pruebas existente para trabajos de flujo axial
La mayoría de los bancos de pruebas de motores se pueden adaptar para trabajos de flujo axial sin reemplazar el dinamómetro de carga o la electrónica de potencia.. Las modificaciones principales involucran la fijación mecánica. (adaptador de campana personalizado y marco de sujeción axial), la instrumentación térmica (sondas de fibra óptica o IR sin contacto), y la configuración de adquisición de datos. Nuestro equipo de ingeniería ha respaldado programas de flujo axial que van desde 10 kW de tracción media para bicicletas eléctricas 250 motores de tracción para deportes de motor kW. Comuníquese para discutir su solicitud.
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