Stanowisko do testowania silników ze strumieniem osiowym: Testowanie silników naleśnikowych do układów napędowych pojazdów elektrycznych i przemysłu lotniczego

Silniki o strumieniu osiowym wchodzą do produkcji — należy przeprowadzić testy

Silniki o strumieniu osiowym przeszły od ciekawostek lotniczych do głównych komponentów pojazdów elektrycznych szybciej, niż przewidywała większość inżynierów. Ferrari SF90 Stradale wykorzystuje w swojej hybrydowej jednostce tylnej silnik osiowy pochodzący z firmy YASA. Mercedes-Benz od razu przejął firmę YASA 2021 w celu zabezpieczenia technologii dla gamy AMG. Jednostki Emrax i Magnax zasilają samoloty, wyścigi, i producenci OEM napędów morskich. Turntide i Saietta zajmują się odpowiednio rynkami pojazdów użytkowych i pojazdów dwukołowych.

Wspólną cechą jest geometria naleśnikowa: tarcze wirnika i stojana są ustawione naprzeciwko siebie, oddzielone małą osiową szczeliną powietrzną. Rutynowo wykazywane są wartości gęstości mocy wynoszące 5–10 kW/kg w szczycie, mniej więcej dwa razy więcej niż osiąga porównywalna maszyna ze strumieniem promieniowym. Jednak inżynier na stanowisku testowym stoi przed kilkoma wyzwaniami, które nie mają odpowiednika w konwencjonalnych testach silników.

Dlaczego współczynnik kształtu zmienia wszystko na stanowisku testowym

Silnik o strumieniu promieniowym ma wał wystający z obu końców cylindrycznej obudowy — sprzęgło na stanowisku badawczym jest proste. Wał wyjściowy silnika osiowego może wystawać tylko z jednej strony bardzo płaskiej obudowy, lub w dwuwirnikowym / jednostojanowy (TRSM) konfiguracjach wał może mieć niezwykle krótką rozpiętość łożyska. Stanowisko badawcze musi pomieścić:

• Niestandardowe kołnierze adaptera: W obudowach z strumieniem osiowym rzadko stosuje się standardowe mocowanie na łapach IEC lub NEMA. Wymagany jest precyzyjnie obrobiony adapter obudowy dzwonowej pasujący do średnicy okręgu śrubowego silnika i czopa centrującego. Niewspółosiowość większa niż 0.05 mm TIR na powierzchni sprzęgła wprowadzi pasożytnicze momenty zginające, które zniekształcają pomiar momentu obrotowego.
• Zarządzanie obciążeniem osiowym: W konfiguracjach z dwoma wirnikami, siła przyciągania pomiędzy tarczami wirnika a stojanem może przekroczyć znamionowy ciąg silnika trzykrotnie lub więcej. Stół testowy na stanowisku badawczym musi wytrzymać to osiowe obciążenie wstępne, nie pozwalając na przesunięcie silnika, co mogłoby zmienić szczelinę powietrzną i zaburzyć odczyty wydajności.
• Dostęp termiczny: Stojan w konstrukcji TRSM jest otoczony z obu stron obracającymi się wirnikami tarczowymi, co sprawia, że ​​pomiar temperatury szczeliny stojana za pomocą termopary jest niezwykle trudny. Preferowane są sondy światłowodowe prowadzone przez uzwojenia stojana; alternatywnie, Pomiar rezystancji uzwojenia w równowadze termicznej pozwala uzyskać średnią temperaturę przewodu.

Podstawowe elementy testowe

1. Analiza przebiegu i harmonicznych Back-EMF

Silniki o strumieniu osiowym ze skupionymi uzwojeniami często wykazują przebieg wstecznego pola elektromagnetycznego, który jest bardziej trapezowy niż sinusoidalny. Ma to wpływ na współpracę silnika z falownikiem sinusoidalnym i należy je scharakteryzować przed dostrojeniem sterowania. Stanowisko testowe obraca silnik z prędkością znamionową bez przyłożonego obciążenia; napięcia fazowe obwodu otwartego są rejestrowane z częstotliwością próbkowania co najmniej 50 kS/s. Podawana jest zawartość harmonicznych do 50. rzędu.

Kluczowe wskaźniki: THD napięcia zwrotnego EMF w obwodzie otwartym; częstotliwość podstawowa; szczytowe pole elektromagnetyczne zwrotne między liniami przy prędkości znamionowej; Wielkość momentu obrotowego i okres kątowy z tego samego pomiaru opadania.

2. Mapowanie wydajności (Siatka prędkości i momentu obrotowego)

Silniki o strumieniu osiowym zwykle osiągają szczytową sprawność powyżej 96%, ale wąska wyspa o wysokiej wydajności może szybko się zawalić w punktach pracy niezgodnych z projektem. Minimalna siatka 10 × 10 Zalecane są punkty prędkości i momentu obrotowego, z lepszą rozdzielczością (20 × 20) w obszarze oczekiwanego WLTP / Ważone punkty pracy NEDC. Moc wejściową należy mierzyć na szynie DC; Sam pomiar prądu fazowego i napięcia pomija straty przełączania falownika.

Kluczowe wskaźniki: Maksymalna wydajność systemu (silnik + falownik); wydajność przy 50% prędkość / 50% moment obrotowy; ważona wydajność na cykl WLTP.

3. Mapowanie termiczne przy ciągłym obciążeniu

Rozpraszanie ciepła jest głównym ograniczeniem silnika osiowego. Stojan, umieszczony pomiędzy dwoma wirującymi dyskami, ma ograniczone chłodzenie konwekcyjne, chyba że w jarzmie stojana są osadzone aktywne kanały chłodzące ciecz. Ciągłe testowanie obciążenia o godz 100% moc znamionowa dla 30 do zidentyfikowania wszelkich gorących punktów termicznych wymagane jest minimum minut. Jeśli silnik wykorzystuje płaszcz wodny, temperatura na wlocie płynu chłodzącego, natężenie przepływu, a ciśnienie musi być utrzymywane na stałym poziomie przez cały czas trwania badania.

4. Testowanie NVH i trybu strukturalnego

Cienka struktura tarczy wirnika osiowego jest podatna na rezonanse akustyczne przy określonych kombinacjach prędkości i momentu obrotowego. Płyta może pełnić funkcję nakładki na bęben, emitujący dźwięk materiałowy o częstotliwości dwukrotnie większej od podstawowej częstotliwości elektrycznej plus harmoniczne szczeliny wirnika. Akcelerometry na kołnierzach obudowy silnika i pomiar mocy akustycznej w środowisku półbezechowym są standardem. Zidentyfikuj powyższe punkty działania 80 dB(A) Na 1 m wcześniej, aby zespół sterujący napędem mógł zastosować wtrysk harmonicznych w celu złagodzenia.

5. Ocena ryzyka rozmagnesowania (Strumień osiowy PM)

Wirniki osiowe z magnesami trwałymi (np., TRSM) są podatne na częściowe rozmagnesowanie w warunkach zwarcia, ponieważ głębokość magnesu w kierunku osiowym jest ograniczona konstrukcją płyty kompaktowej. Testowanie polega na zastosowaniu kontrolowanego szczytowego ujemnego impulsu prądu w osi d, równego 2× znamionowemu prądowi szczytowemu 100 ms i natychmiastowy ponowny pomiar powiązania strumienia szczytowego. Wszelkie obniżki większe niż 0.5% wskazuje na nieodwracalne rozmagnesowanie.

Przystosowanie istniejącego stanowiska badawczego do pracy ze strumieniem osiowym

Większość stanowisk do testowania silników można przystosować do pracy ze strumieniem osiowym bez konieczności wymiany hamowni obciążeniowej lub elektroniki mocy. Podstawowe modyfikacje obejmują mocowanie mechaniczne (niestandardowy adapter obudowy dzwonowej i rama ograniczająca osiowo), oprzyrządowanie termiczne (sondy światłowodowe lub bezdotykowe IR), oraz konfigurację gromadzenia danych. Nasz zespół inżynierów wspierał programy dotyczące strumienia osiowego, począwszy od 10 Średnie napędy do rowerów elektrycznych kW do 250 Silniki trakcyjne do sportów motorowych kW. Skontaktuj się, aby omówić swoją aplikację.