Стенд для испытаний двигателей с осевым магнитным потоком: Тестирование двигателей Pancake Motors для электромобилей и аэрокосмической отрасли

Двигатели с осевым магнитным потоком запускаются в производство — за ними должны последовать испытания

Двигатели с осевым магнитным потоком превратились из аэрокосмической диковинки в основные компоненты электромобилей быстрее, чем ожидало большинство инженеров.. Ferrari SF90 Stradale использует двигатель с осевым магнитным потоком YASA для своего гибридного заднего блока.. Mercedes-Benz полностью приобрел YASA в 2021 чтобы обеспечить технологию для своей линейки AMG. Блоки питания Emrax и Magnax для самолетов, гонки, и производители военно-морских силовых установок. Turntide и Saietta ориентированы на рынки коммерческих автомобилей и двухколесных транспортных средств соответственно..

Общей характеристикой является блинная геометрия.: диски ротора и статора расположены лицом к лицу, разделены небольшим осевым воздушным зазором. Обычно демонстрируются значения удельной мощности 5–10 кВт/кг в пике., примерно вдвое больше, чем достигает сопоставимая машина с радиальным потоком. Но инженер испытательного стенда сталкивается с рядом проблем, которые не имеют аналогов при обычных испытаниях двигателей..

Почему форм-фактор меняет все на испытательном стенде

Двигатель с радиальным магнитным потоком имеет вал, выступающий с обоих концов цилиндрического корпуса — соединение на испытательном стенде простое.. Выходной вал двигателя с осевым магнитным потоком может выступать только с одной стороны очень плоского корпуса., или в двухроторном варианте / одностаторный (ТРСМ) конфигурациях вал может иметь необычно короткий пролет подшипника. Испытательный стенд должен вмещать:

• Специальные переходные фланцы: В корпусах с осевым магнитным потоком редко используется стандартное крепление на лапах IEC или NEMA.. Обязателен прецизионный адаптер колоколообразного корпуса, соответствующий диаметру окружности болтов двигателя и центрирующему выступу.. Несоосность более чем 0.05 мм TIR на поверхности муфты создает паразитные изгибающие моменты, которые искажают измерение крутящего момента..
• Управление осевой нагрузкой: В двухроторных конфигурациях, сила притяжения между дисками ротора и статором может превышать номинальную тягу двигателя в три и более раза.. Испытательный стол стенда должен быть способен выдерживать эту осевую предварительную нагрузку, не допуская смещения двигателя., что приведет к изменению воздушного зазора и искажению показаний эффективности..
• Термальный доступ: Статор конструкции TRSM окружен с обеих сторон вращающимися дисковыми роторами., чрезвычайно затрудняет измерение температуры паза статора с помощью термопары. Предпочтительны оптоволоконные датчики, проложенные через обмотки статора.; альтернативно, измерение сопротивления обмотки при тепловом равновесии позволяет получить среднюю температуру проводника..

Основные тестовые задания

1. Форма сигнала обратной ЭДС и гармонический анализ

Двигатели с осевым магнитным потоком и концентрированными обмотками часто имеют форму волны обратной ЭДС, которая скорее трапецеидальная, чем синусоидальная.. Это влияет на взаимодействие двигателя с синусоидальным инвертором и должно быть охарактеризовано перед настройкой управления.. Испытательный стенд вращает двигатель с номинальной скоростью без нагрузки.; Фазные напряжения холостого хода регистрируются с частотой дискретизации не менее 50 кСм/с. Сообщается о гармоническом содержании до 50-го порядка..

Ключевые показатели: THD напряжения противо-ЭДС холостого хода; основная частота; пиковая межфазная противо-ЭДС при номинальной скорости; Величина зубчатого момента и угловой период получены из одного и того же измерения замедления вращения.

2. Карта эффективности (Решетка скорости-момента)

Двигатели с осевым магнитным потоком обычно достигают пикового КПД выше 96%, но узкий высокоэффективный остров может быстро разрушиться в непроектных рабочих точках. Минимальная сетка 10 × 10 рекомендуется точка скорости-момента, с более высоким разрешением (20 × 20) в районе ожидаемого WLTP / Взвешенные рабочие точки NEDC. Входная мощность должна измеряться на шине постоянного тока.; Только измерение фазного тока и напряжения не учитывает потери при переключении инвертора.

Ключевые показатели: Пиковая эффективность системы (мотор + инвертор); эффективность в 50% оборотов / 50% крутящий момент; взвешенная эффективность на цикл WLTP.

3. Тепловое картографирование при постоянной нагрузке

Рассеяние тепла является основным ограничением двигателя с осевым магнитным потоком.. Статор, зажат между двумя вращающимися дисками, имеет ограниченное конвективное охлаждение, если в ярмо статора не встроены каналы активного жидкостного охлаждения.. Непрерывное нагрузочное тестирование на 100% номинальная мощность для 30 минимум минут требуется для выявления любых термических горячих точек. Если в двигателе используется водяная рубашка, температура охлаждающей жидкости на входе, скорость потока, и давление должно поддерживаться постоянным на протяжении всего испытательного запуска..

4. NVH и испытания на структурный режим

Тонкая дисковая конструкция ротора с осевым магнитным потоком чувствительна к акустическим резонансам при определенных сочетаниях скорости и крутящего момента.. Диск может выступать в качестве оболочки барабана., излучение корпусного шума на удвоенной основной электрической частоте плюс гармоники пазов ротора. Акселерометры на фланцах корпуса двигателя и измерение звуковой мощности в полубезэховой среде входят в стандартную комплектацию.. Определите любые рабочие точки выше 80 дБ(А) в 1 заранее, чтобы группа управления приводом могла применить инъекцию гармоник для смягчения.

5. Оценка риска размагничивания (Осевой поток ПМ)

Роторы с постоянным магнитом и осевым магнитным потоком (НАПРИМЕР., ТРСМ) уязвимы к частичному размагничиванию в условиях короткого замыкания, поскольку глубина магнита в осевом направлении ограничена конструкцией компактного диска.. Испытание включает в себя подачу контролируемого пикового отрицательного импульса тока по оси d, равного 2× номинальному пиковому току для 100 мс и немедленное повторное измерение пикового потокосцепления. Любое снижение, превышающее 0.5% указывает на необратимое размагничивание.

Адаптация существующего испытательного стенда для работы с осевым потоком

Большинство стендов для испытаний двигателей можно переоборудовать для работы с осевым потоком без замены нагрузочного динамометра или силовой электроники.. Основные модификации связаны с механическим креплением. (специальный адаптер колокола и осевая ограничительная рама), тепловое оборудование (оптоволоконные датчики или бесконтактный ИК), и конфигурация сбора данных. Наша команда инженеров поддерживает программы осевого потока, начиная от 10 мощность электровелосипеда со средним приводом до 250 тяговые двигатели для автоспорта кВт. Свяжитесь с нами, чтобы обсудить вашу заявку.