एक्सियल फ्लक्स मोटर्स के फायदे, कठिनाइयाँ और नए विकास

रेडियल फ्लक्स मोटर्स की तुलना में, एक्सियल फ्लक्स मोटर्स के इलेक्ट्रिक वाहन डिजाइन में कई फायदे हैं। उदाहरण के लिए, अक्षीय फ्लक्स मोटर मोटर को एक्सल से पहियों के अंदर तक ले जाकर पावरट्रेन के डिज़ाइन को बदल सकती है।

1.शक्ति की धुरी

अक्षीय प्रवाह मोटर्सध्यान बढ़ रहा है (कर्षण प्राप्त करें)। कई वर्षों से, इस प्रकार की मोटर का उपयोग लिफ्ट और कृषि मशीनरी जैसे स्थिर अनुप्रयोगों में किया जाता रहा है, लेकिन पिछले एक दशक में, कई डेवलपर्स इस तकनीक को बेहतर बनाने और इसे इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिल, एयरपोर्ट पॉड, कार्गो ट्रक, इलेक्ट्रिक पर लागू करने के लिए काम कर रहे हैं। वाहन, और यहाँ तक कि हवाई जहाज़ भी।

पारंपरिक रेडियल फ्लक्स मोटर्स स्थायी मैग्नेट या इंडक्शन मोटर्स का उपयोग करते हैं, जिन्होंने वजन और लागत को अनुकूलित करने में महत्वपूर्ण प्रगति की है। हालाँकि, विकास जारी रखने में उन्हें कई कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है। अक्षीय फ्लक्स, एक पूरी तरह से अलग प्रकार की मोटर, एक अच्छा विकल्प हो सकता है।

रेडियल मोटर्स की तुलना में, अक्षीय प्रवाह स्थायी चुंबक मोटर्स का प्रभावी चुंबकीय सतह क्षेत्र मोटर रोटर की सतह है, न कि बाहरी व्यास। इसलिए, मोटर की एक निश्चित मात्रा में, अक्षीय प्रवाह स्थायी चुंबक मोटर्स आमतौर पर अधिक टॉर्क प्रदान कर सकते हैं।

अक्षीय प्रवाह मोटर्सअधिक सघन हैं; रेडियल मोटर्स की तुलना में, मोटर की अक्षीय लंबाई बहुत कम होती है। आंतरिक पहिया मोटरों के लिए, यह अक्सर एक महत्वपूर्ण कारक होता है। अक्षीय मोटर्स की कॉम्पैक्ट संरचना समान रेडियल मोटर्स की तुलना में उच्च शक्ति घनत्व और टॉर्क घनत्व सुनिश्चित करती है, जिससे अत्यधिक उच्च परिचालन गति की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।

अक्षीय फ्लक्स मोटर्स की दक्षता भी बहुत अधिक है, आमतौर पर 96% से अधिक। यह छोटे, एक आयामी फ्लक्स पथ के लिए धन्यवाद है, जो बाजार पर सर्वोत्तम 2डी रेडियल फ्लक्स मोटर्स की तुलना में दक्षता में तुलनीय या उससे भी अधिक है।

मोटर की लंबाई कम होती है, आमतौर पर 5 से 8 गुना कम, और वजन भी 2 से 5 गुना कम हो जाता है। इन दो कारकों ने इलेक्ट्रिक वाहन प्लेटफॉर्म डिजाइनरों की पसंद को बदल दिया है।

2. अक्षीय प्रवाह प्रौद्योगिकी

इसके लिए दो मुख्य टोपोलॉजी हैंअक्षीय प्रवाह मोटर्स: डुअल रोटर सिंगल स्टेटर (कभी-कभी टोरस स्टाइल मशीन के रूप में जाना जाता है) और सिंगल रोटर डुअल स्टेटर।

वर्तमान में, अधिकांश स्थायी चुंबक मोटर्स रेडियल फ्लक्स टोपोलॉजी का उपयोग करते हैं। चुंबकीय प्रवाह सर्किट रोटर पर एक स्थायी चुंबक से शुरू होता है, स्टेटर पर पहले दांत से गुजरता है, और फिर स्टेटर के साथ रेडियल रूप से प्रवाहित होता है। फिर रोटर पर दूसरे चुंबकीय स्टील तक पहुंचने के लिए दूसरे दांत से गुजरें। दोहरे रोटर अक्षीय फ्लक्स टोपोलॉजी में, फ्लक्स लूप पहले चुंबक से शुरू होता है, स्टेटर दांतों के माध्यम से अक्षीय रूप से गुजरता है, और तुरंत दूसरे चुंबक तक पहुंचता है।

इसका मतलब यह है कि फ्लक्स पथ रेडियल फ्लक्स मोटर्स की तुलना में बहुत छोटा है, जिसके परिणामस्वरूप छोटी मोटर मात्रा, उच्च शक्ति घनत्व और समान शक्ति पर दक्षता होती है।

एक रेडियल मोटर, जहां चुंबकीय प्रवाह पहले दांत से होकर गुजरता है और फिर स्टेटर के माध्यम से चुंबक तक पहुंचते हुए अगले दांत पर लौट आता है। चुंबकीय प्रवाह द्वि-आयामी पथ का अनुसरण करता है।

एक अक्षीय चुंबकीय प्रवाह मशीन का चुंबकीय प्रवाह पथ एक आयामी है, इसलिए अनाज उन्मुख विद्युत स्टील का उपयोग किया जा सकता है। यह स्टील फ्लक्स को पार करना आसान बनाता है, जिससे दक्षता में सुधार होता है।

रेडियल फ्लक्स मोटर्स पारंपरिक रूप से वितरित वाइंडिंग का उपयोग करती हैं, जिसमें वाइंडिंग के आधे सिरे काम नहीं करते हैं। कॉइल ओवरहैंग के परिणामस्वरूप अतिरिक्त वजन, लागत, विद्युत प्रतिरोध और अधिक गर्मी की हानि होगी, जिससे डिजाइनरों को घुमावदार डिजाइन में सुधार करने के लिए मजबूर होना पड़ेगा।

कुंडल के सिरेअक्षीय प्रवाह मोटर्सबहुत कम हैं, और कुछ डिज़ाइन केंद्रित या खंडित वाइंडिंग का उपयोग करते हैं, जो पूरी तरह से प्रभावी हैं। खंडित स्टेटर रेडियल मशीनों के लिए, स्टेटर में चुंबकीय प्रवाह पथ का टूटना अतिरिक्त नुकसान ला सकता है, लेकिन अक्षीय प्रवाह मोटर्स के लिए, यह कोई समस्या नहीं है। कॉइल वाइंडिंग का डिज़ाइन आपूर्तिकर्ताओं के स्तर को अलग करने की कुंजी है।

3. विकास

एक्सियल फ्लक्स मोटर्स को डिजाइन और उत्पादन में कुछ गंभीर चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, उनके तकनीकी फायदे के बावजूद, उनकी लागत रेडियल मोटर्स की तुलना में कहीं अधिक है। लोगों को रेडियल मोटरों की बहुत गहन समझ है, और विनिर्माण विधियां और यांत्रिक उपकरण भी आसानी से उपलब्ध हैं।

अक्षीय फ्लक्स मोटर्स की मुख्य चुनौतियों में से एक रोटर और स्टेटर के बीच एक समान वायु अंतर बनाए रखना है, क्योंकि चुंबकीय बल रेडियल मोटर्स की तुलना में बहुत अधिक है, जिससे एक समान वायु अंतर बनाए रखना मुश्किल हो जाता है। दोहरे रोटर अक्षीय फ्लक्स मोटर में गर्मी अपव्यय की समस्या भी होती है, क्योंकि वाइंडिंग स्टेटर के भीतर और दो रोटर डिस्क के बीच गहराई में स्थित होती है, जिससे गर्मी अपव्यय बहुत मुश्किल हो जाता है।

कई कारणों से अक्षीय फ्लक्स मोटर्स का निर्माण करना भी मुश्किल है। योक टोपोलॉजी (यानी स्टेटर से लोहे के योक को हटाना लेकिन लोहे के दांतों को बरकरार रखना) के साथ दोहरी रोटर मशीन का उपयोग करके मोटर व्यास और चुंबक का विस्तार किए बिना इनमें से कुछ समस्याओं पर काबू पा लिया जाता है।

हालाँकि, योक को हटाने से नई चुनौतियाँ आती हैं, जैसे कि यांत्रिक योक कनेक्शन के बिना अलग-अलग दांतों को कैसे ठीक किया जाए और कैसे रखा जाए। कूलिंग भी एक बड़ी चुनौती है.

रोटर का उत्पादन करना और हवा के अंतर को बनाए रखना भी मुश्किल है, क्योंकि रोटर डिस्क रोटर को आकर्षित करती है। लाभ यह है कि रोटर डिस्क सीधे शाफ्ट रिंग के माध्यम से जुड़े होते हैं, इसलिए बल एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। इसका मतलब यह है कि आंतरिक बीयरिंग इन बलों का सामना नहीं करता है, और इसका एकमात्र कार्य स्टेटर को दो रोटर डिस्क के बीच मध्य स्थिति में रखना है।

डबल स्टेटर सिंगल रोटर मोटर्स को सर्कुलर मोटर्स की चुनौतियों का सामना नहीं करना पड़ता है, लेकिन स्टेटर का डिज़ाइन बहुत अधिक जटिल है और स्वचालन प्राप्त करना कठिन है, और संबंधित लागत भी अधिक है। किसी भी पारंपरिक रेडियल फ्लक्स मोटर के विपरीत, अक्षीय मोटर विनिर्माण प्रक्रियाएं और यांत्रिक उपकरण हाल ही में सामने आए हैं।

4. इलेक्ट्रिक वाहनों का अनुप्रयोग

ऑटोमोटिव उद्योग में विश्वसनीयता महत्वपूर्ण है, और विभिन्न की विश्वसनीयता और मजबूती साबित होती हैअक्षीय प्रवाह मोटर्सनिर्माताओं को यह विश्वास दिलाना कि ये मोटरें बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त हैं, हमेशा एक चुनौती रही है। इसने अक्षीय मोटर आपूर्तिकर्ताओं को अपने दम पर व्यापक सत्यापन कार्यक्रम चलाने के लिए प्रेरित किया है, प्रत्येक आपूर्तिकर्ता ने प्रदर्शित किया है कि उनकी मोटर विश्वसनीयता पारंपरिक रेडियल फ्लक्स मोटर्स से अलग नहीं है।

एकमात्र घटक जो खराब हो सकता हैअक्षीय प्रवाह मोटरबीयरिंग है. अक्षीय चुंबकीय प्रवाह की लंबाई अपेक्षाकृत कम है, और बीयरिंगों की स्थिति करीब है, आमतौर पर थोड़ा "अधिक आयाम" के लिए डिज़ाइन किया गया है। सौभाग्य से, अक्षीय फ्लक्स मोटर में छोटा रोटर द्रव्यमान होता है और यह कम रोटर गतिशील शाफ्ट भार का सामना कर सकता है। इसलिए, बीयरिंगों पर लगाया गया वास्तविक बल रेडियल फ्लक्स मोटर की तुलना में बहुत छोटा है।

इलेक्ट्रॉनिक एक्सल अक्षीय मोटर्स के पहले अनुप्रयोगों में से एक है। पतली चौड़ाई एक्सल में मोटर और गियरबॉक्स को घेर सकती है। हाइब्रिड अनुप्रयोगों में, मोटर की छोटी अक्षीय लंबाई ट्रांसमिशन सिस्टम की कुल लंबाई को कम कर देती है।

अगला कदम पहिये पर अक्षीय मोटर स्थापित करना है। इस तरह, बिजली को सीधे मोटर से पहियों तक प्रेषित किया जा सकता है, जिससे मोटर की दक्षता में सुधार होता है। ट्रांसमिशन, डिफरेंशियल और ड्राइवशाफ्ट को खत्म करने के कारण सिस्टम की जटिलता भी कम हो गई है।

हालाँकि, ऐसा लगता है कि मानक कॉन्फ़िगरेशन अभी तक सामने नहीं आए हैं। प्रत्येक मूल उपकरण निर्माता विशिष्ट कॉन्फ़िगरेशन पर शोध कर रहा है, क्योंकि अक्षीय मोटर्स के विभिन्न आकार और आकार इलेक्ट्रिक वाहनों के डिजाइन को बदल सकते हैं। रेडियल मोटर्स की तुलना में, अक्षीय मोटर्स में उच्च शक्ति घनत्व होता है, जिसका अर्थ है कि छोटे अक्षीय मोटर्स का उपयोग किया जा सकता है। यह वाहन प्लेटफ़ॉर्म के लिए नए डिज़ाइन विकल्प प्रदान करता है, जैसे बैटरी पैक का प्लेसमेंट।

4.1 खंडित आर्मेचर

YASA (योकलेस और सेगमेंटेड आर्मेचर) मोटर टोपोलॉजी एक दोहरे रोटर सिंगल स्टेटर टोपोलॉजी का एक उदाहरण है, जो विनिर्माण जटिलता को कम करता है और स्वचालित बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है। इन मोटरों की शक्ति घनत्व 2000 से 9000 आरपीएम की गति पर 10 किलोवाट/किग्रा तक है।

एक समर्पित नियंत्रक का उपयोग करके, यह मोटर के लिए 200 केवीए का करंट प्रदान कर सकता है। नियंत्रक की मात्रा लगभग 5 लीटर है और इसका वजन 5.8 किलोग्राम है, जिसमें ढांकता हुआ तेल शीतलन के साथ थर्मल प्रबंधन शामिल है, जो अक्षीय फ्लक्स मोटर्स के साथ-साथ प्रेरण और रेडियल फ्लक्स मोटर्स के लिए उपयुक्त है।

यह इलेक्ट्रिक वाहन मूल उपकरण निर्माताओं और प्रथम श्रेणी डेवलपर्स को एप्लिकेशन और उपलब्ध स्थान के आधार पर लचीले ढंग से उपयुक्त मोटर चुनने की अनुमति देता है। छोटा आकार और वजन वाहन को हल्का बनाता है और इसमें अधिक बैटरी होती है, जिससे रेंज में वृद्धि होती है।

5. इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिलों का अनुप्रयोग

इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिल और एटीवी के लिए, कुछ कंपनियों ने एसी एक्सियल फ्लक्स मोटर्स विकसित की हैं। इस प्रकार के वाहन के लिए आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला डिज़ाइन डीसी ब्रश आधारित अक्षीय फ्लक्स डिज़ाइन है, जबकि नया उत्पाद एक एसी, पूरी तरह से सीलबंद ब्रशलेस डिज़ाइन है।

डीसी और एसी दोनों मोटरों के कॉइल स्थिर रहते हैं, लेकिन दोहरे रोटर घूमने वाले आर्मेचर के बजाय स्थायी चुंबक का उपयोग करते हैं। इस विधि का लाभ यह है कि इसमें यांत्रिक उलटाव की आवश्यकता नहीं होती है।

एसी अक्षीय डिज़ाइन रेडियल मोटर्स के लिए मानक तीन-चरण एसी मोटर नियंत्रकों का भी उपयोग कर सकता है। इससे लागत कम करने में मदद मिलती है, क्योंकि नियंत्रक टॉर्क के करंट को नियंत्रित करता है, गति को नहीं। नियंत्रक को 12 किलोहर्ट्ज़ या उससे अधिक की आवृत्ति की आवश्यकता होती है, जो ऐसे उपकरणों की मुख्यधारा आवृत्ति है।

उच्च आवृत्ति 20 µ एच के निचले घुमावदार अधिष्ठापन से आती है। आवृत्ति वर्तमान तरंग को कम करने के लिए वर्तमान को नियंत्रित कर सकती है और साइनसॉइडल सिग्नल को यथासंभव सुचारू रूप से सुनिश्चित कर सकती है। गतिशील दृष्टिकोण से, यह तेजी से टॉर्क परिवर्तन की अनुमति देकर चिकनी मोटर नियंत्रण प्राप्त करने का एक शानदार तरीका है।

यह डिज़ाइन एक वितरित डबल-लेयर वाइंडिंग को अपनाता है, इसलिए चुंबकीय प्रवाह रोटर से स्टेटर के माध्यम से दूसरे रोटर तक बहुत कम पथ और उच्च दक्षता के साथ प्रवाहित होता है।

इस डिज़ाइन की कुंजी यह है कि यह 60 V के अधिकतम वोल्टेज पर काम कर सकता है और उच्च वोल्टेज सिस्टम के लिए उपयुक्त नहीं है। इसलिए, इसका उपयोग इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिलों और रेनॉल्ट ट्विज़ी जैसे L7e श्रेणी के चार-पहिया वाहनों के लिए किया जा सकता है।

60 V का अधिकतम वोल्टेज मोटर को मुख्यधारा 48 V विद्युत प्रणालियों में एकीकृत करने की अनुमति देता है और रखरखाव कार्य को सरल बनाता है।

यूरोपीय फ्रेमवर्क विनियमन 2002/24/EC में L7e चार-पहिया मोटरसाइकिल विनिर्देश निर्धारित करते हैं कि माल परिवहन के लिए उपयोग किए जाने वाले वाहनों का वजन बैटरी के वजन को छोड़कर 600 किलोग्राम से अधिक नहीं होना चाहिए। इन वाहनों को 200 किलोग्राम से अधिक यात्रियों, 1000 किलोग्राम से अधिक कार्गो और 15 किलोवाट से अधिक इंजन शक्ति ले जाने की अनुमति नहीं है। वितरित वाइंडिंग विधि 75-100 एनएम का टॉर्क, 20-25 किलोवाट की अधिकतम आउटपुट पावर और 15 किलोवाट की निरंतर शक्ति प्रदान कर सकती है।

अक्षीय प्रवाह की चुनौती इस बात में निहित है कि तांबे की वाइंडिंग गर्मी को कैसे नष्ट करती है, जो मुश्किल है क्योंकि गर्मी को रोटर से गुजरना होगा। वितरित वाइंडिंग इस समस्या को हल करने की कुंजी है, क्योंकि इसमें बड़ी संख्या में पोल ​​स्लॉट हैं। इस तरह, तांबे और खोल के बीच एक बड़ा सतह क्षेत्र होता है, और गर्मी को बाहर स्थानांतरित किया जा सकता है और एक मानक तरल शीतलन प्रणाली द्वारा छुट्टी दे दी जाती है।

एकाधिक चुंबकीय ध्रुव साइनसॉइडल तरंग रूपों का उपयोग करने की कुंजी हैं, जो हार्मोनिक्स को कम करने में मदद करते हैं। ये हार्मोनिक्स मैग्नेट और कोर के गर्म होने के रूप में प्रकट होते हैं, जबकि तांबे के घटक गर्मी को दूर नहीं ले जा सकते हैं। जब चुम्बकों और लोहे के कोर में गर्मी जमा हो जाती है, तो दक्षता कम हो जाती है, यही कारण है कि मोटर प्रदर्शन के लिए तरंग रूप और गर्मी पथ का अनुकूलन महत्वपूर्ण है।

लागत कम करने और स्वचालित बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त करने के लिए मोटर के डिज़ाइन को अनुकूलित किया गया है। एक एक्सट्रूडेड हाउसिंग रिंग को जटिल यांत्रिक प्रसंस्करण की आवश्यकता नहीं होती है और यह सामग्री की लागत को कम कर सकती है। कॉइल को सीधे घाव किया जा सकता है और सही असेंबली आकार को बनाए रखने के लिए वाइंडिंग प्रक्रिया के दौरान एक बॉन्डिंग प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है।

मुख्य बात यह है कि कॉइल मानक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध तार से बना है, जबकि लौह कोर को शेल्फ ट्रांसफार्मर स्टील से मानक रूप से लेमिनेट किया गया है, जिसे बस आकार में कटौती करने की आवश्यकता है। अन्य मोटर डिज़ाइनों में कोर लेमिनेशन में नरम चुंबकीय सामग्री के उपयोग की आवश्यकता होती है, जो अधिक महंगा हो सकता है।

वितरित वाइंडिंग्स के उपयोग का मतलब है कि चुंबकीय स्टील को खंडित करने की आवश्यकता नहीं है; वे सरल आकार और निर्माण में आसान हो सकते हैं। चुंबकीय स्टील के आकार को कम करने और इसके निर्माण में आसानी सुनिश्चित करने से लागत कम करने पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

इस अक्षीय फ्लक्स मोटर का डिज़ाइन भी ग्राहकों की आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित किया जा सकता है। ग्राहकों के पास बुनियादी डिज़ाइन के आधार पर अनुकूलित संस्करण विकसित किए गए हैं। फिर प्रारंभिक उत्पादन सत्यापन के लिए एक परीक्षण उत्पादन लाइन पर निर्मित किया जाता है, जिसे अन्य कारखानों में दोहराया जा सकता है।

अनुकूलन मुख्य रूप से इसलिए है क्योंकि वाहन का प्रदर्शन न केवल अक्षीय चुंबकीय प्रवाह मोटर के डिजाइन पर निर्भर करता है, बल्कि वाहन संरचना, बैटरी पैक और बीएमएस की गुणवत्ता पर भी निर्भर करता है।