Az elmúlt években az autóipar szédítő átalakuláson ment keresztül. A belső égésű motorokról az elektromos hajtásláncokra való áttérés új technológiai kihívásokat hozott, ahol a hatékonyság, a teljesítmény és a súlycsökkentés kulcsfontosságú szempontok. Pontosan ebben az összefüggésben jelenik meg a jelenlegi színtér egyik legígéretesebb technológiája: az axiális fluxusmotor.
Bár nem új technológia – eredete a 19. századra nyúlik vissza –, az axiális motor második ifjúságát éli, és a hagyományos radiális fluxusmotorhoz képest logikus evolúciós lépésnek ígérkezik. Alkalmazása egyre nagyobb teret hódít a nagy teljesítményű elektromos járművekben, és túllépi a kísérleti szintet. Itt elmondjuk, mi is ez, hogyan működik, és miért forradalmasítja az elektromos mobilitást.
Mi az axiális fluxusmotor?
Az axiális fluxusmotor egy olyan villanymotor, amelynek mágneses fluxusa párhuzamosan halad a forgástengellyel. Ez a jellemző megkülönbözteti a radiális fluxusmotortól , amelyben a fluxus merőlegesen mozog a tengelyre. Konfigurációja lehetővé teszi a korong alakú, kompaktabb és könnyebb architektúrát, így ideális megoldást jelent azokban az ágazatokban, ahol a hely és a súly számít, például az autóiparban, a repülőgépiparban vagy akár a robotikában.
A klasszikus motorokkal ellentétben, ahol az állórész veszi körül a forgórészt, az axiális motorokban mindkét alkatrész egymással szemben helyezkedik el. Ez kisebb térfogatot, csökkentett súlyt és magas hatásfokot jelent alacsonyabb fordulatszámon.
Hogyan működik egy axiális fluxusmotor
A kulcs a mágneses fluxus irányában rejlik . Axiális motorokban az állórész által generált mágneses mező a tengellyel párhuzamosan halad át a forgórészen, lehetővé téve, hogy az összes energia közvetlenül a tengely forgására hasson. Ennek az elrendezésnek köszönhetően nagyobb nyomatéksűrűség és jobb hőteljesítmény érhető el.
Sok konstrukcióban, például az olyan cégek által fejlesztettekben, mint a YASA , a motor kettős rotorral és közbenső állórésszel rendelkezik, ami tovább javítja a mágneses és mechanikai feszültség eloszlását. Ezek a motorok egy palacsinta szerkezetet – egy lapos tárcsát – tartalmaznak, amely maximalizálja a rendelkezésre álló hely kihasználását.
Előnyök a radiális motorral szemben
Az axiális fluxusmotorok számos előnnyel járnak, amelyek magyarázzák egyre növekvő jelenlétüket a következő generációs elektromos járművekben. Kiemelünk néhány fő előnyüket:
- Kiváló teljesítménysűrűségA radiális motorokhoz képest az axiális motorok kisebb térfogatban nagyobb teljesítményt képesek előállítani. Például a YASA legfejlettebb motorja akár 80 LE/kg, fordulópontot jelezve.
- Magasabb hőhatékonyságKialakításának köszönhetően jobban elvezeti a hőt, és teljesítménycsökkenés nélkül bírja a folyamatos hőterhelést.
- Súly csökkentésA kisebb méretek és az optimalizált anyagok lehetővé teszik a jármű súlyának csökkentését, ami a nagyobb hatótávolságot is befolyásolja.
- Könnyű integrációLapos formátuma megkönnyíti a különféle mechanikai konfigurációkba való beillesztését, szabadságot biztosítva a járműtervezőknek.
Az axiális motor kihívásai
Minden előnyük ellenére az axiális fluxusmotorok sem mentesek bizonyos korlátozásoktól és technikai kihívásoktól. Történelmileg a fő akadályt a gyártási bonyolultságuk és a kapcsolódó magas költségek jelentették. A radiálmotorokkal ellentétben – amelyeket könnyebb tömeggyártani – az axiális motorok pontosabb ipari folyamatokat és kifinomultabb alkatrészeket igényelnek.
Az olyan úttörő modellekben, mint a Koenigsegg Regera vagy a McLaren P1 , az axiális motorok használata a nagylelkű költségvetésnek és a nagyon korlátozott gyártásnak köszönhető. Azonban olyan márkák, mint a Mercedes-Benz , leányvállalatán, a YASA-n keresztül, már dolgoznak azon, hogy demokratizálják ezt a technológiát a jövőbeli elektromos AMG-kínálatukban.
Valós használati esetek
Az axiális motorok valódi alkalmazása kezd tükröződni a kereskedelmi modellekben. Például a Ferrari SF90 , a McLaren Artura és a prototípus modellek, mint például a Mercedes AMG GT XX Concept, demonstrálták ezeknek a rendszereknek a lehetőségeit.
Az egyik legimpozánsabb műszaki mérföldkő a YASA legújabb axiális motorjában található, amely mindössze 12.7 kg súly mellett 750 kW csúcsteljesítményt (körülbelül 1,000 LE) ér el . Ez nemcsak a gyorsulást és a hatékonyságot javítja, hanem a jármű alacsonyabb össztömegének köszönhetően lehetővé teszi más elemek, például a felfüggesztés, az akkumulátor vagy a fékrendszerek méretének csökkentését is.
Összehasonlítás a radiális motorokkal
| Metric | Radiális motor | Axiális motor (YASA) |
|---|---|---|
| Teljesítménysűrűség | 20 kW/kg | 59 kW/kg |
| Nyomatéksűrűség | Akár 133 Nm/kg | 400 Nm (25 kg-os motorral) |
| Lehűlés | Passzív / levegő | Nagy hőmérsékletű érintkezőolaj |
| Formátum: | Hengeres | Lapos lemez |
Technológiai tervezési kulcsok
A legjelentősebb előrelépés a YASA architektúrának köszönhető , amely egy járom nélküli szegmentált armatúrán alapul („Jokeless and Segmented Armature”) . Ez a kialakítás kiküszöböli a hagyományos állórészekben található vas nagy részét, 80%-kal csökkentve a súlyt , és mellesleg a mágneses veszteségeket is.
A könnyebb összeszerelés mellett a kevesebb réz, vas és állandó mágnes használata a gyártási költségeket is csökkenti. Hosszú távon ez a technológia gazdaságosabb és ökológiai alternatívává válik.
Környezeti és tervezési következmények
Az axiális motorok használata nemcsak az elektromos autók teljesítményét javítja, hanem pozitív hatással van az egész rendszerre. Kompaktabbak és hatékonyabbak, így csökken a szükséges anyagmennyiség, és optimalizáltabb hűtőrendszerek tervezése is könnyebbé válik. Ez hozzájárul a termelés szénlábnyomának, valamint az áramfogyasztással és a karbantartással kapcsolatos költségek csökkentéséhez.
Továbbá lehetővé teszi kisebb akkumulátorok tervezését a hatótávolság feláldozása nélkül, az alacsonyabb energiafogyasztásnak köszönhetően. Az alacsonyabb járműtömeg az energiahatékonyságra is hatással van, akár 200 kg össztömeg- megtakarítást is eredményezve.
Az axiális motor jövője az iparosításban rejlik.
A technológia népszerű járművekre való kiterjesztésének egyik kulcsa a tömeggyártás lehetősége . Jelenleg a folyamatok összetettek és még mindig nem túl skálázhatóak, de olyan gyártók, mint a Mercedes-Benz, dolgoznak rajta. A YASA által megnyitott nyílt innovációs laboratóriumnak és a Ferrarival és a Koenigsegggel való együttműködésének köszönhetően már most is látszik az ipari termelés felé vezető út.
Az európai MAXIMA kezdeményezés , amelyben egyetemek és kutatóközpontok, például a spanyol UPC is részt vesz, az elektromágneses, mechanikai és termikus mezők új fejlesztéseivel próbálja leküzdeni ezeket a kihívásokat. Céljuk, hogy életképes megoldásokat kínáljanak, amelyek megfizethető kereskedelmi modellekben hozzák forgalomba az axiális motorokat.
Az axiális fluxusmotorok fejlesztése az elektromos szektor egyik legdinamikusabb és legfejlettebb ágaként mutatkozik be. Bár még mindig a tömegpiaci elterjedés fázisában van, előnyei, mind funkcionális, mind környezeti szinten, mennyiségi ugrást jelentenek a következő generációs elektromos járművek teljesítményében. A tömeggyártási képességek javulása kulcsfontosságú lesz ahhoz, hogy ez a technológia szélesebb körűvé váljon, és jobban integrálódjon minden típusú járműbe, a haszongépjárművektől a nagy teljesítményű sportkocsikig.