Bàn thử nghiệm động cơ thông lượng hướng trục: Thử nghiệm Động cơ Pancake cho Hệ thống truyền động EV và Hàng không vũ trụ

Động cơ thông lượng hướng trục đang được đưa vào sản xuất - Phải tuân theo quá trình thử nghiệm

Động cơ thông lượng hướng trục đã chuyển từ sự tò mò về hàng không vũ trụ sang các thành phần EV chính thống nhanh hơn hầu hết các kỹ sư dự đoán. SF90 Stradale của Ferrari sử dụng động cơ thông lượng hướng trục có nguồn gốc từ YASA cho bộ phận hybrid phía sau. Mercedes-Benz mua lại hoàn toàn YASA vào năm 2021 để đảm bảo công nghệ cho dòng sản phẩm AMG của mình. Đơn vị cung cấp Emrax và Magnax cho máy bay, cuộc đua, và OEM động cơ đẩy hải quân. Turntide và Saietta lần lượt giải quyết thị trường xe thương mại và xe hai bánh.

Đặc điểm chung là hình dạng bánh kếp: Các đĩa rôto và stato được bố trí đối diện nhau, ngăn cách bởi một khe hở không khí dọc trục nhỏ. Giá trị mật độ công suất 5–10 kW/kg ở mức cao nhất được thể hiện thường xuyên, gần gấp đôi những gì một máy thông lượng hướng tâm tương đương đạt được. Tuy nhiên, kỹ sư trên băng thử nghiệm phải đối mặt với một số thách thức mà thử nghiệm động cơ thông thường không có được.

Tại sao yếu tố hình thức thay đổi mọi thứ trên băng ghế thử nghiệm

Động cơ từ thông hướng tâm có một trục nhô ra từ cả hai đầu của vỏ hình trụ - khớp nối băng thử nghiệm đơn giản. Trục đầu ra của động cơ hướng trục có thể nhô ra chỉ từ một phía của vỏ rất phẳng, hoặc trong rôto đôi / stator đơn (TRSM) cấu hình trục có thể có nhịp chịu lực ngắn bất thường. Bàn thử nghiệm phải chứa được:

• Mặt bích bộ chuyển đổi tùy chỉnh: Vỏ thông lượng hướng trục hiếm khi sử dụng chân đế IEC hoặc NEMA tiêu chuẩn. Bắt buộc phải có bộ chuyển đổi vỏ chuông được gia công chính xác phù hợp với đường kính vòng tròn bu lông và chốt định tâm của động cơ. Sai lệch nhiều hơn 0.05 mm TIR tại mặt khớp nối sẽ tạo ra mômen uốn ký sinh làm sai lệch phép đo mômen xoắn.
• Quản lý tải trọng trục: Trong cấu hình rôto kép, lực hút giữa các đĩa rôto và stato có thể vượt quá lực đẩy định mức của động cơ gấp ba lần hoặc hơn. Bàn thử nghiệm của băng ghế phải có khả năng chịu được tải trước dọc trục này mà không cho phép động cơ dịch chuyển, điều này sẽ làm thay đổi khe hở không khí và làm hỏng kết quả đo hiệu suất.
• Truy cập nhiệt: Stator trong thiết kế TRSM được bao bọc trên cả hai mặt bằng các rôto đĩa quay, khiến việc đo nhiệt độ khe stator bằng cặp nhiệt điện trở nên vô cùng khó khăn. Ưu tiên sử dụng đầu dò sợi quang đi qua cuộn dây stato; cách khác, Đo điện trở cuộn dây ở trạng thái cân bằng nhiệt cung cấp nhiệt độ trung bình của dây dẫn.

Mục kiểm tra cốt lõi

1. Phân tích sóng hài và dạng sóng EMF ngược

Động cơ từ thông hướng trục có cuộn dây tập trung thường biểu hiện dạng sóng EMF ngược có dạng hình thang hơn hình sin. Điều này ảnh hưởng đến cách động cơ tương tác với bộ biến tần sóng hình sin và phải được mô tả trước khi điều chỉnh điều khiển.. Bàn thử nghiệm quay động cơ ở tốc độ định mức khi không tải; điện áp pha mạch hở được ghi lại ở tốc độ lấy mẫu ít nhất 50 kS/s. Nội dung hài hòa lên đến bậc 50 được báo cáo.

Số liệu chính: THD của điện áp ngược EMF mạch hở; tần số cơ bản; EMF ngược dòng cao nhất ở tốc độ định mức; độ lớn mô-men xoắn và chu kỳ góc từ cùng một phép đo quay xuống.

2. Lập bản đồ hiệu quả (Lưới mô-men xoắn tốc độ)

Động cơ thông hướng trục thường đạt được hiệu suất cao nhất trên 96%, nhưng hòn đảo hiệu suất cao hẹp có thể sụp đổ nhanh chóng tại các điểm vận hành ngoài thiết kế. Lưới tối thiểu của 10 × 10 điểm mô-men xoắn tốc độ được khuyến khích, với độ phân giải tốt hơn (20 × 20) trong khu vực WLTP dự kiến / Điểm vận hành theo trọng số NEDC. Công suất đầu vào phải được đo trên bus DC; Chỉ riêng phép đo dòng điện và điện áp pha đã bỏ qua tổn thất chuyển mạch biến tần.

Số liệu chính: Hiệu suất hệ thống cao nhất (động cơ + biến tần); hiệu quả tại 50% tốc độ / 50% mô-men xoắn; hiệu quả có trọng số trên mỗi chu kỳ WLTP.

3. Lập bản đồ nhiệt dưới tải liên tục

Tản nhiệt là hạn chế chính của động cơ hướng trục. Stator, kẹp giữa hai đĩa quay, bị hạn chế làm mát đối lưu trừ khi các kênh làm mát bằng chất lỏng chủ động được gắn vào ách stato. Kiểm tra tải liên tục tại 100% công suất định mức cho 30 cần tối thiểu phút để xác định bất kỳ điểm nóng nhiệt nào. Nếu động cơ sử dụng áo nước, nhiệt độ đầu vào chất làm mát, tốc độ dòng chảy, và áp suất phải được giữ không đổi trong suốt quá trình chạy thử.

4. Kiểm tra chế độ cấu trúc và NVH

Cấu trúc đĩa mỏng của rôto từ thông hướng trục dễ bị cộng hưởng âm thanh ở các tổ hợp mô-men xoắn tốc độ cụ thể. Đĩa có thể hoạt động như một lớp da trống, âm thanh phát ra từ cấu trúc ở tần số gấp đôi tần số điện cơ bản cộng với sóng hài khe rôto. Gia tốc kế trên mặt bích vỏ động cơ và đo công suất âm thanh trong môi trường bán phản xạ là tiêu chuẩn. Xác định bất kỳ điểm hoạt động nào ở trên 80 dB(MỘT) Tại 1 m sớm để đội điều khiển truyền động có thể áp dụng phương pháp điều hòa để giảm thiểu.

5. Đánh giá rủi ro khử từ (Thông lượng trục PM)

Rôto từ thông hướng trục nam châm vĩnh cửu (ví dụ., TRSM) dễ bị khử từ một phần trong điều kiện sự cố ngắn mạch vì độ sâu nam châm theo hướng trục bị giới hạn bởi thiết kế đĩa compact. Thử nghiệm bao gồm việc áp dụng xung dòng điện trục d âm cực đại được kiểm soát bằng dòng điện đỉnh định mức 2× cho 100 ms và ngay lập tức đo lại liên kết thông lượng cực đại. Bất kỳ mức giảm nào lớn hơn 0.5% biểu thị sự khử từ không thể đảo ngược.

Điều chỉnh băng ghế thử nghiệm hiện có cho công việc thông lượng dọc trục

Hầu hết các băng thử nghiệm động cơ có thể được trang bị thêm để thực hiện công việc từ thông hướng trục mà không cần thay thế lực kế hoặc thiết bị điện tử công suất. Những sửa đổi chính liên quan đến việc cố định cơ khí (bộ chuyển đổi vỏ chuông tùy chỉnh và khung hạn chế hướng trục), thiết bị đo nhiệt (đầu dò sợi quang hoặc IR không tiếp xúc), và cấu hình thu thập dữ liệu. Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi đã hỗ trợ các chương trình thông lượng dọc trục từ 10 kW xe đạp điện dẫn động giữa tới 250 Động cơ kéo thể thao kW. Liên hệ để thảo luận về đơn đăng ký của bạn.