I motori a flusso assiale stanno entrando in produzione: seguiranno i test
I motori a flusso assiale sono passati dalle curiosità aerospaziali ai principali componenti dei veicoli elettrici più velocemente di quanto previsto dalla maggior parte degli ingegneri. La Ferrari SF90 Stradale utilizza un motore a flusso assiale derivato da YASA per la sua unità posteriore ibrida. Mercedes-Benz ha acquisito a titolo definitivo YASA 2021 per garantire la tecnologia per la sua gamma AMG. Emrax e Magnax forniscono unità agli aerei, corsa, e OEM di propulsione navale. Turntide e Saietta si rivolgono rispettivamente al mercato dei veicoli commerciali e delle due ruote.
La caratteristica comune è una geometria a frittella: i dischi del rotore e dello statore sono disposti uno di fronte all'altro, separati da un piccolo traferro assiale. Vengono regolarmente dimostrati valori di densità di potenza di 5–10 kW/kg al picco, circa il doppio di quanto ottiene una macchina a flusso radiale comparabile. Ma l’ingegnere del banco prova deve affrontare diverse sfide che non hanno equivalenti nei test convenzionali sui motori.
Perché il fattore di forma cambia tutto sul banco di prova
Un motore a flusso radiale ha un albero che sporge da entrambe le estremità di un alloggiamento cilindrico: l'accoppiamento al banco di prova è semplice. L’albero di uscita di un motore a flusso assiale può sporgere solo da un lato di un alloggiamento molto piatto, o in birotore / singolo statore (TRSM) configurazioni l'albero può avere una portata del cuscinetto insolitamente breve. Il banco prova deve accogliere:
- Flange adattatrici personalizzate: Le custodie a flusso assiale utilizzano raramente il montaggio con piedini standard IEC o NEMA. È obbligatorio un adattatore della campana lavorato con precisione che corrisponda al diametro del cerchio dei bulloni e al perno di centraggio del motore. Disallineamento superiore a 0.05 mm TIR sulla faccia dell'accoppiamento introdurrà momenti flettenti parassiti che distorcono la misurazione della coppia.
- Gestione del carico assiale: Nelle configurazioni a doppio rotore, la forza di attrazione tra i dischi del rotore e lo statore può superare la spinta nominale del motore di un fattore pari o superiore a tre. Il banco di prova del banco deve essere in grado di resistere a questo precarico assiale senza consentire lo spostamento del motore, che altererebbe il traferro e corromperebbe le letture di efficienza.
- Accesso termale: Lo statore nella versione TRSM è racchiuso su entrambe le facce da rotori a disco rotanti, rendendo estremamente difficile la misurazione della temperatura delle cave dello statore tramite termocoppia. Sono preferibili le sonde a fibra ottica instradate attraverso gli avvolgimenti dello statore; in alternativa, la misurazione della resistenza dell'avvolgimento all'equilibrio termico fornisce una temperatura media del conduttore.
Elementi fondamentali del test
1. Forma d'onda Back-EMF e analisi armonica
I motori a flusso assiale con avvolgimenti concentrati spesso mostrano una forma d'onda back-EMF più trapezoidale che sinusoidale. Ciò influisce sul modo in cui il motore interagisce con un inverter sinusoidale e deve essere caratterizzato prima della messa a punto del controllo. Il banco di prova fa girare il motore alla velocità nominale senza carico applicato; le tensioni di fase a circuito aperto vengono registrate ad una frequenza di campionamento di almeno 50 kS/s. Viene riportato il contenuto armonico fino al 50° ordine.
Metriche chiave: THD della tensione back-EMF a circuito aperto; frequenza fondamentale; EMF di ritorno linea-linea di picco alla velocità nominale; grandezza della coppia di cogging e periodo angolare dalla stessa misurazione di spin-down.
2. Mappatura dell'efficienza (Griglia velocità-coppia)
I motori a flusso assiale raggiungono comunemente il picco di efficienza superiore 96%, ma la stretta isola ad alta efficienza può collassare rapidamente nei punti operativi fuori progettazione. Una griglia minima di 10 × 10 si consigliano punti di coppia-velocità, con una risoluzione più fine (20 × 20) nella regione del WLTP previsto / Punti operativi ponderati NEDC. La potenza in ingresso deve essere misurata sul bus CC; La sola misurazione della corrente e della tensione di fase non tiene conto delle perdite di commutazione dell'inverter.
Metriche chiave: Massima efficienza del sistema (motore + inverter); efficienza a 50% velocità / 50% coppia; efficienza ponderata per ciclo WLTP.
3. Mappatura termica sotto carico continuo
La dissipazione del calore è il vincolo principale del motore a flusso assiale. Lo statore, inserito tra due dischi rotanti, ha un raffreddamento convettivo limitato a meno che i canali attivi di raffreddamento a liquido non siano incorporati nel giogo dello statore. Test di carico continuo a 100% potenza nominale per 30 Sono necessari almeno minuti per identificare eventuali punti caldi termici. Se il motore utilizza una camicia d'acqua, la temperatura di ingresso del liquido di raffreddamento, portata, e la pressione deve essere mantenuta costante per tutta la durata della prova.
4. NVH e prove in modalità strutturale
La struttura a disco sottile di un rotore a flusso assiale è suscettibile alle risonanze acustiche a specifiche combinazioni velocità-coppia. Il disco può fungere da pelle di tamburo, irradiazione del suono trasmesso dalla struttura al doppio della frequenza elettrica fondamentale più le armoniche delle fessure del rotore. Sono di serie gli accelerometri sulle flange della carcassa del motore e la misurazione della potenza sonora in ambiente semi-anecoico. Identificare eventuali punti operativi sopra 80 dB(UN) A 1 Sono presto, così il team di controllo della guida può applicare l'iniezione armonica per mitigare.
5. Valutazione del rischio di smagnetizzazione (Flusso assiale PM)
Rotori a flusso assiale a magneti permanenti (PER ESEMPIO., TRSM) sono vulnerabili alla smagnetizzazione parziale in condizioni di guasto da cortocircuito perché la profondità del magnete nella direzione assiale è limitata dal design del compact disc. Il test prevede l'applicazione di un impulso di corrente di picco negativo controllato sull'asse D pari a 2× corrente di picco nominale per 100 ms e rimisurare immediatamente il collegamento del flusso di picco. Qualsiasi riduzione maggiore di 0.5% indica una smagnetizzazione irreversibile.
Adattamento di un banco prova esistente per il lavoro sul flusso assiale
La maggior parte dei banchi prova motori può essere adattata per lavori sul flusso assiale senza sostituire il dinamometro di carico o l'elettronica di potenza. Le principali modifiche riguardano il fissaggio meccanico (adattatore per campana personalizzato e telaio di contenimento assiale), la strumentazione termica (sonde a fibra ottica o IR senza contatto), e la configurazione di acquisizione dati. Il nostro team di ingegneri ha supportato programmi di flusso assiale che vanno da 10 kW e-bike a trazione centrale a 250 Motori di trazione per sport motoristici kW. Contattaci per discutere la tua candidatura.
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