ღერძული ნაკადის ძრავების უპირატესობები, სირთულეები და ახალი განვითარება

რადიალური ნაკადის ძრავებთან შედარებით, ღერძულ ნაკადის ძრავებს ელექტრომობილების დიზაინში მრავალი უპირატესობა აქვთ. მაგალითად, ღერძულ ნაკადის ძრავებს შეუძლიათ შეცვალონ ძრავის დიზაინი ღერძიდან ბორბლების შიგნით გადაადგილებით.

1. ძალაუფლების ღერძი

ღერძული ნაკადის ძრავებისულ უფრო მეტ ყურადღებას იპყრობს (პოპულარობას იძენს). მრავალი წლის განმავლობაში, ამ ტიპის ძრავა გამოიყენებოდა სტაციონარულ მოწყობილობებში, როგორიცაა ლიფტები და სასოფლო-სამეურნეო ტექნიკა, მაგრამ ბოლო ათწლეულის განმავლობაში, ბევრი დეველოპერი მუშაობდა ამ ტექნოლოგიის გაუმჯობესებაზე და მის ელექტრო მოტოციკლებში, აეროპორტის კაპსულებში, სატვირთო მანქანებში, ელექტრო მანქანებსა და თვითმფრინავებშიც კი გამოყენებაზე.

ტრადიციული რადიალური ნაკადის ძრავები იყენებენ მუდმივ მაგნიტებს ან ინდუქციურ ძრავებს, რომლებმაც მნიშვნელოვანი პროგრესი განიცადეს წონისა და ღირებულების ოპტიმიზაციის კუთხით. თუმცა, ისინი მრავალი სირთულის წინაშე დგანან განვითარების გაგრძელებისას. ღერძული ნაკადი, სრულიად განსხვავებული ტიპის ძრავა, შეიძლება კარგი ალტერნატივა იყოს.

რადიალურ ძრავებთან შედარებით, ღერძული ნაკადის მუდმივი მაგნიტის მქონე ძრავების ეფექტური მაგნიტური ზედაპირის ფართობი ძრავის როტორის ზედაპირია და არა გარე დიამეტრი. ამიტომ, ძრავის გარკვეული მოცულობის შემთხვევაში, ღერძული ნაკადის მუდმივი მაგნიტის მქონე ძრავებს, როგორც წესი, შეუძლიათ უფრო მეტი ბრუნვის მომენტის უზრუნველყოფა.

ღერძული ნაკადის ძრავებიუფრო კომპაქტურია; რადიალურ ძრავებთან შედარებით, ძრავის ღერძული სიგრძე გაცილებით მოკლეა. შიდა ბორბლიანი ძრავებისთვის ეს ხშირად გადამწყვეტი ფაქტორია. ღერძული ძრავების კომპაქტური სტრუქტურა უზრუნველყოფს უფრო მაღალ სიმძლავრის სიმკვრივეს და ბრუნვის მომენტის სიმკვრივეს, ვიდრე მსგავსი რადიალური ძრავები, რითაც გამორიცხავს უკიდურესად მაღალი სამუშაო სიჩქარის საჭიროებას.

ღერძული ნაკადის ძრავების ეფექტურობა ასევე ძალიან მაღალია, როგორც წესი, აღემატება 96%-ს. ეს განპირობებულია უფრო მოკლე, ერთგანზომილებიანი ნაკადის ბილიკით, რომელიც შედარებადი ან კიდევ უფრო მაღალი ეფექტურობით გამოირჩევა ბაზარზე არსებულ საუკეთესო 2D რადიალური ნაკადის ძრავებთან შედარებით.

ძრავის სიგრძე უფრო მოკლეა, როგორც წესი, 5-დან 8-ჯერ უფრო მოკლე, ხოლო წონა ასევე 2-დან 5-ჯერ შემცირებულია. ამ ორმა ფაქტორმა შეცვალა ელექტრომობილების პლატფორმის დიზაინერების არჩევანი.

2. ღერძული ნაკადის ტექნოლოგია

არსებობს ორი ძირითადი ტოპოლოგიაღერძული ნაკადის ძრავები: ორმაგი როტორიანი ერთსტატორიანი (ზოგჯერ მოიხსენიება, როგორც ტორუსის სტილის მანქანები) და ერთროტორიანი ორმაგი სტატორიანი.

ამჟამად, მუდმივი მაგნიტის მქონე ძრავების უმეტესობა იყენებს რადიალური ნაკადის ტოპოლოგიას. მაგნიტური ნაკადის წრედი იწყება როტორზე დამონტაჟებული მუდმივი მაგნიტით, გადის სტატორის პირველ კბილანში და შემდეგ რადიალურად მიედინება სტატორის გასწვრივ. შემდეგ გადის მეორე კბილანში, რათა მიაღწიოს როტორზე არსებულ მეორე მაგნიტურ ფოლადს. ორმაგი როტორის ღერძული ნაკადის ტოპოლოგიაში, ნაკადის მარყუჟი იწყება პირველი მაგნიტიდან, გადის ღერძულად სტატორის კბილებში და დაუყოვნებლივ აღწევს მეორე მაგნიტს.

ეს ნიშნავს, რომ ნაკადის გზა გაცილებით მოკლეა, ვიდრე რადიალური ნაკადის ძრავების, რაც იწვევს ძრავის უფრო მცირე მოცულობას, უფრო მაღალ სიმძლავრის სიმკვრივეს და ეფექტურობას იმავე სიმძლავრის შემთხვევაში.

რადიალური ძრავა, სადაც მაგნიტური ნაკადი გადის პირველ კბილში და შემდეგ სტატორის მეშვეობით ბრუნდება შემდეგ კბილზე, სადაც აღწევს მაგნიტამდე. მაგნიტური ნაკადი ორგანზომილებიან გზას მიჰყვება.

ღერძული მაგნიტური ნაკადის აპარატის მაგნიტური ნაკადის გზა ერთგანზომილებიანია, ამიტომ შესაძლებელია მარცვლოვანად ორიენტირებული ელექტრო ფოლადის გამოყენება. ეს ფოლადი აადვილებს ნაკადის გავლას, რითაც აუმჯობესებს ეფექტურობას.

რადიალური ნაკადის ძრავები ტრადიციულად იყენებენ განაწილებულ გრაგნილებს, სადაც გრაგნილის ბოლოების ნახევარი არ ფუნქციონირებს. ხვეულის გადახურება გამოიწვევს დამატებით წონას, ფასს, ელექტრულ წინააღმდეგობას და მეტ სითბოს დანაკარგს, რაც აიძულებს დიზაინერებს გააუმჯობესონ გრაგნილის დიზაინი.

ხვეულის ბოლოებიღერძული ნაკადის ძრავებიგაცილებით ნაკლებია და ზოგიერთი დიზაინი იყენებს კონცენტრირებულ ან სეგმენტირებულ გრაგნილებს, რომლებიც სრულიად ეფექტურია. სეგმენტირებული სტატორის რადიალური მანქანებისთვის, სტატორში მაგნიტური ნაკადის გზის გაწყვეტამ შეიძლება გამოიწვიოს დამატებითი დანაკარგები, მაგრამ ღერძული ნაკადის ძრავებისთვის ეს პრობლემას არ წარმოადგენს. ხვეულის გრაგნილის დიზაინი მომწოდებლების დონის განმასხვავებელი გასაღებია.

3. განვითარება

ღერძული ნაკადის ძრავები დიზაინისა და წარმოების თვალსაზრისით სერიოზულ გამოწვევებს აწყდებიან. ტექნოლოგიური უპირატესობების მიუხედავად, მათი ღირებულება რადიალურ ძრავებთან შედარებით გაცილებით მაღალია. ხალხს რადიალური ძრავების შესახებ ძალიან საფუძვლიანი წარმოდგენა აქვს, ხოლო წარმოების მეთოდები და მექანიკური აღჭურვილობა ასევე ადვილად ხელმისაწვდომია.

ღერძული ნაკადის ძრავების ერთ-ერთი მთავარი გამოწვევა როტორსა და სტატორს შორის ერთგვაროვანი ჰაერის უფსკრულის შენარჩუნებაა, რადგან მაგნიტური ძალა გაცილებით მეტია, ვიდრე რადიალური ძრავების, რაც ართულებს ერთგვაროვანი ჰაერის უფსკრულის შენარჩუნებას. ორმაგი როტორის მქონე ღერძული ნაკადის ძრავას ასევე აქვს სითბოს გაფრქვევის პრობლემები, რადგან გრაგნილი მდებარეობს სტატორის სიღრმეში და ორ როტორის დისკს შორის, რაც სითბოს გაფრქვევას ძალიან ართულებს.

ღერძული ნაკადის ძრავების წარმოება ასევე რთულია მრავალი მიზეზის გამო. ორმაგი როტორიანი მანქანა, რომელიც იყენებს ორმაგი როტორიან მანქანას უღლის ტოპოლოგიით (ანუ რკინის უღლის სტატორიდან მოხსნა, მაგრამ რკინის კბილების შენარჩუნება) გადალახავს ამ პრობლემების ნაწილს ძრავის დიამეტრისა და მაგნიტის გაფართოების გარეშე.

თუმცა, უღლის მოხსნა ახალ გამოწვევებს წარმოშობს, როგორიცაა ცალკეული კბილების დაფიქსირება და განლაგება მექანიკური უღლის შეერთების გარეშე. გაგრილება ასევე უფრო დიდ გამოწვევას წარმოადგენს.

ასევე რთულია როტორის წარმოება და ჰაერის უფსკრულის შენარჩუნება, რადგან როტორის დისკი როტორს იზიდავს. უპირატესობა ის არის, რომ როტორის დისკები პირდაპირ დაკავშირებულია ლილვის რგოლის მეშვეობით, ამიტომ ძალები ერთმანეთს აბათილებს. ეს ნიშნავს, რომ შიდა საკისარი ვერ უძლებს ამ ძალებს და მისი ერთადერთი ფუნქციაა სტატორის შუა პოზიციაში შენარჩუნება ორ როტორის დისკს შორის.

ორსტატორიანი ერთროტორიანი ძრავები არ აწყდებიან წრიული ძრავების გამოწვევებს, თუმცა სტატორის დიზაინი გაცილებით რთული და ავტომატიზაციისთვის რთულია, ამასთან დაკავშირებული ხარჯებიც მაღალია. ნებისმიერი ტრადიციული რადიალური ნაკადის ძრავისგან განსხვავებით, ღერძული ძრავის წარმოების პროცესები და მექანიკური აღჭურვილობა მხოლოდ ახლახანს გაჩნდა.

4. ელექტრომობილების გამოყენება

საიმედოობა გადამწყვეტია საავტომობილო ინდუსტრიაში და ადასტურებს სხვადასხვა მოდელის საიმედოობასა და სიმტკიცეს.ღერძული ნაკადის ძრავებიმწარმოებლების დარწმუნება, რომ ეს ძრავები მასობრივი წარმოებისთვის შესაფერისია, ყოველთვის რთული იყო. ამან აიძულა ღერძული ძრავების მომწოდებლები, დამოუკიდებლად განეხორციელებინათ ფართომასშტაბიანი ვალიდაციის პროგრამები, სადაც თითოეული მომწოდებელი აჩვენებდა, რომ მათი ძრავის საიმედოობა არაფრით განსხვავდება ტრადიციული რადიალური ნაკადის ძრავებისგან.

ერთადერთი კომპონენტი, რომელიც შეიძლება გაცვდესღერძული ნაკადის ძრავაარის საკისრები. ღერძული მაგნიტური ნაკადის სიგრძე შედარებით მოკლეა და საკისრების პოზიცია უფრო ახლოსაა, როგორც წესი, ისინი ოდნავ „გადაჭარბებული ზომების“ მქონეა. საბედნიეროდ, ღერძული ნაკადის ძრავას აქვს უფრო მცირე როტორის მასა და შეუძლია გაუძლოს როტორის დინამიურ ლილვის დაბალ დატვირთვას. ამიტომ, საკისრებზე გამოყენებული ფაქტობრივი ძალა გაცილებით მცირეა, ვიდრე რადიალური ნაკადის ძრავის.

ელექტრონული ღერძი ღერძული ძრავების ერთ-ერთი პირველი გამოყენებაა. უფრო თხელი სიგანე ძრავისა და გადაცემათა კოლოფის ღერძში მოთავსებას უწყობს ხელს. ჰიბრიდულ გამოყენებაში ძრავის უფრო მოკლე ღერძული სიგრძე, თავის მხრივ, გადაცემათა სისტემის მთლიან სიგრძეს ამცირებს.

შემდეგი ნაბიჯი არის ღერძული ძრავის ბორბალზე დაყენება. ამ გზით, სიმძლავრე პირდაპირ გადაეცემა ძრავიდან ბორბლებს, რაც აუმჯობესებს ძრავის ეფექტურობას. ტრანსმისიების, დიფერენციალებისა და წამყვანი ლილვების აღმოფხვრის გამო, სისტემის სირთულეც შემცირდა.

თუმცა, როგორც ჩანს, სტანდარტული კონფიგურაციები ჯერ არ გამოჩენილა. თითოეული ორიგინალური აღჭურვილობის მწარმოებელი იკვლევს კონკრეტულ კონფიგურაციებს, რადგან ღერძული ძრავების სხვადასხვა ზომასა და ფორმას შეუძლია შეცვალოს ელექტრომობილების დიზაინი. რადიალურ ძრავებთან შედარებით, ღერძულ ძრავებს აქვთ უფრო მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე, რაც ნიშნავს, რომ შესაძლებელია უფრო მცირე ზომის ღერძული ძრავების გამოყენება. ეს უზრუნველყოფს ავტომობილის პლატფორმებისთვის დიზაინის ახალ ვარიანტებს, როგორიცაა აკუმულატორების პაკეტების განთავსება.

4.1 სეგმენტირებული არმატურა

YASA (უკუღმა და სეგმენტირებული არმატურის) ძრავის ტოპოლოგია ორმაგი როტორის მქონე ერთსტატორიანი ტოპოლოგიის მაგალითია, რომელიც ამცირებს წარმოების სირთულეს და შესაფერისია ავტომატური მასობრივი წარმოებისთვის. ამ ძრავებს აქვთ 10 კვტ/კგ-მდე სიმძლავრის სიმკვრივე 2000-დან 9000 ბრ/წთ-მდე სიჩქარით.

სპეციალური კონტროლერის გამოყენებით, მას შეუძლია ძრავისთვის 200 კვა დენის მიწოდება. კონტროლერის მოცულობა დაახლოებით 5 ლიტრია და წონა 5.8 კილოგრამია, დიელექტრიკული ზეთის გაგრილებით თერმული მართვის ჩათვლით, რაც შესაფერისია როგორც ღერძული ნაკადის ძრავებისთვის, ასევე ინდუქციური და რადიალური ნაკადის ძრავებისთვის.

ეს საშუალებას აძლევს ელექტრომობილების ორიგინალი აღჭურვილობის მწარმოებლებს და პირველი დონის დეველოპერებს, მოქნილად აირჩიონ შესაბამისი ძრავა გამოყენებისა და ხელმისაწვდომი სივრცის მიხედვით. მცირე ზომა და წონა ავტომობილს უფრო მსუბუქს ხდის და მეტი ელემენტი აქვს, რითაც იზრდება დიაპაზონის ზრდა.

5. ელექტრო მოტოციკლების გამოყენება

ელექტრო მოტოციკლებისა და ყველგანმავლებისთვის ზოგიერთმა კომპანიამ შეიმუშავა ცვლადი დენის ღერძული ნაკადის ძრავები. ამ ტიპის სატრანსპორტო საშუალებებისთვის ხშირად გამოყენებული დიზაინია მუდმივი დენის ფუნჯებზე დაფუძნებული ღერძული ნაკადის ძრავები, ხოლო ახალი პროდუქტი არის ცვლადი დენის, სრულად დალუქული უფუჭო დიზაინი.

როგორც მუდმივი, ასევე ცვლადი დენის ძრავების ხვეულები უძრავად რჩება, თუმცა ორმაგი როტორები მბრუნავი არმატურების ნაცვლად მუდმივ მაგნიტებს იყენებენ. ამ მეთოდის უპირატესობა ის არის, რომ ის არ საჭიროებს მექანიკურ უკუქცევას.

ცვლადი დენის ღერძულ დიზაინში ასევე შესაძლებელია რადიალური ძრავებისთვის სტანდარტული სამფაზიანი ცვლადი დენის ძრავის კონტროლერების გამოყენება. ეს ხელს უწყობს ხარჯების შემცირებას, რადგან კონტროლერი აკონტროლებს ბრუნვის მომენტის დენს და არა სიჩქარეს. კონტროლერს სჭირდება 12 კჰც ან მეტი სიხშირე, რაც ასეთი მოწყობილობების ძირითადი სიხშირეა.

უფრო მაღალი სიხშირე გამოწვეულია გრაგნილის დაბალი ინდუქციურობით, რომელიც 20 µ H-ია. სიხშირეს შეუძლია დენის კონტროლი დენის ტალღის მინიმიზაციისა და სინუსოიდური სიგნალის მაქსიმალურად გლუვი მიწოდების უზრუნველსაყოფად. დინამიური თვალსაზრისით, ეს შესანიშნავი გზაა ძრავის უფრო გლუვი კონტროლის მისაღწევად ბრუნვის მომენტის სწრაფი ცვლილების საშუალებით.

ეს დიზაინი იყენებს განაწილებულ ორშრიან გრაგნილს, ამიტომ მაგნიტური ნაკადი როტორიდან სხვა როტორზე სტატორის გავლით მიედინება ძალიან მოკლე გზა და უფრო მაღალი ეფექტურობა.

ამ დიზაინის მთავარი მახასიათებელია ის, რომ მას შეუძლია მუშაობა მაქსიმალური ძაბვით 60 ვოლტზე და არ არის შესაფერისი მაღალი ძაბვის სისტემებისთვის. შესაბამისად, მისი გამოყენება შესაძლებელია ელექტრო მოტოციკლებისა და L7e კლასის ოთხბორბლიანი მანქანებისთვის, როგორიცაა Renault Twizy.

60 ვ მაქსიმალური ძაბვა საშუალებას იძლევა ძრავა ინტეგრირებული იყოს 48 ვოლტიან ელექტრო სისტემებში და ამარტივებს სარემონტო სამუშაოებს.

ევროპის ჩარჩო რეგულაცია 2002/24/EC-ში მოცემული L7e ოთხბორბლიანი მოტოციკლის სპეციფიკაციები ითვალისწინებს, რომ საქონლის გადასაზიდად გამოყენებული სატრანსპორტო საშუალებების წონა, აკუმულატორების წონის გამოკლებით, არ აღემატება 600 კილოგრამს. ამ სატრანსპორტო საშუალებებს უფლება აქვთ გადაიტანონ არაუმეტეს 200 კილოგრამი მგზავრი, არაუმეტეს 1000 კილოგრამი ტვირთი და არაუმეტეს 15 კილოვატი ძრავის სიმძლავრე. განაწილებული დახვევის მეთოდით შესაძლებელია 75-100 ნმ ბრუნვის მომენტის უზრუნველყოფა, 20-25 კვტ პიკური გამომავალი სიმძლავრით და 15 კვტ უწყვეტი სიმძლავრით.

ღერძული ნაკადის პრობლემა იმაში მდგომარეობს, თუ როგორ ანაწილებენ სპილენძის გრაგნილი სითბოს, რაც რთულია, რადგან სითბო როტორში უნდა გაიაროს. განაწილებული გრაგნილი ამ პრობლემის გადაჭრის გასაღებია, რადგან მას პოლუსების დიდი რაოდენობა აქვს. ამ გზით, სპილენძსა და გარსს შორის უფრო დიდი ზედაპირის ფართობია და სითბოს გადაცემა გარედან და სტანდარტული თხევადი გაგრილების სისტემით გამოყოფა შესაძლებელია.

სინუსოიდური ტალღური ფორმების გამოყენებისას მრავალი მაგნიტური პოლუსი მნიშვნელოვანია, რაც ჰარმონიკების შემცირებას უწყობს ხელს. ეს ჰარმონიკები მაგნიტებისა და ბირთვის გაცხელებით ვლინდება, მაშინ როცა სპილენძის კომპონენტებს სითბოს გატარება არ შეუძლიათ. როდესაც სითბო გროვდება მაგნიტებსა და რკინის ბირთვებში, ეფექტურობა მცირდება, სწორედ ამიტომ არის ტალღური ფორმისა და სითბოს გადაცემის ოპტიმიზაცია გადამწყვეტი მნიშვნელობის ძრავის მუშაობისთვის.

ძრავის დიზაინი ოპტიმიზირებულია ხარჯების შესამცირებლად და მასობრივი წარმოების ავტომატიზაციის მისაღწევად. ექსტრუდირებული კორპუსის რგოლი არ საჭიროებს რთულ მექანიკურ დამუშავებას და შეუძლია შეამციროს მასალის ხარჯები. ხვეულის პირდაპირ დახვევა შესაძლებელია და სწორი აწყობის ფორმის შესანარჩუნებლად დახვევის პროცესში გამოიყენება შემაკავშირებელი პროცესი.

მთავარი ის არის, რომ ხვეული დამზადებულია სტანდარტული კომერციულად ხელმისაწვდომი მავთულისგან, ხოლო რკინის ბირთვი ლამინირებულია სტანდარტული, მზა ტრანსფორმატორის ფოლადისგან, რომლის ფორმაც უბრალოდ საჭიროა. სხვა ძრავების დიზაინები მოითხოვს რბილი მაგნიტური მასალების გამოყენებას ბირთვის ლამინირებისთვის, რაც შეიძლება უფრო ძვირი იყოს.

განაწილებული გრაგნილებების გამოყენება ნიშნავს, რომ მაგნიტურ ფოლადს სეგმენტირება არ სჭირდება; მათ შეიძლება ჰქონდეთ უფრო მარტივი ფორმები და წარმოება უფრო ადვილი იყოს. მაგნიტური ფოლადის ზომის შემცირება და მისი წარმოების სიმარტივის უზრუნველყოფა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ხარჯების შემცირებაზე.

ამ ღერძული ნაკადის ძრავის დიზაინის მორგება ასევე შესაძლებელია მომხმარებლის მოთხოვნების შესაბამისად. მომხმარებლებს აქვთ მორგებული ვერსიები, რომლებიც შემუშავებულია ძირითადი დიზაინის გარშემო. შემდეგ იწარმოება საცდელი წარმოების ხაზზე წარმოების ადრეული შემოწმებისთვის, რომლის რეპლიკაციაც შესაძლებელია სხვა ქარხნებში.

პერსონალიზაცია ძირითადად იმიტომ ხდება, რომ ავტომობილის მუშაობა დამოკიდებულია არა მხოლოდ ღერძული მაგნიტური ნაკადის ძრავის დიზაინზე, არამედ ავტომობილის სტრუქტურის, აკუმულატორის ბლოკისა და BMS-ის ხარისხზე.