Мощный и практичный электрический двигатель с осевым магнитным потоком – новые достижения или реанимация старых идей

Николай Макаренко

22 октября 2021, 07:00

5523

Двигатель с осевым магнитным потоком (также известный как двигатель с осевым зазором или двигатель-блинчик) представляет собой геометрию конструкции электродвигателя, в которой зазор между ротором и статором, и, следовательно, направление магнитного потока между ними, направлено параллельно оси вращения, а не радиально, как в случае концентрической цилиндрической геометрии более распространенного двигателя с радиальным магнитным потоком.

Наиболее часто используемая электрическая силовая установка для электромобилей использует синхронный тяговый двигатель с радиальным потоком на постоянных магнитах. Такие двигатели также называют синхронными бесщеточными двигателями постоянного тока (BLDC). В них используются магниты из редкоземельных металлов, расположенные вдоль ротора.

В двигателе BLDC с радиальным потоком магниты расположены так, что их полюса лежат радиально на внешнем крае ротора. Магнитный поток от магнитов взаимодействует с обмотками статора. Магнитная петля начинается у первого постоянного магнита на роторе, пересекая воздушный зазор между ротором и статором.

Недостатком двигателя радиальным потоком является его размер и вес. Для электромобиля даже со скромными характеристиками такой мотор может весить более 45 килограмм.

Существует и другой способ, который частично основан на конструкции, которую Никола Тесла исследовал и запатентовал еще в 1889 году. В двигателе с осевым потоком постоянные магниты устанавливаются на поверхность ротора, а статор размещается перед ротором.

Для уравновешивания магнитных сил часто используются два ротора - по одному с каждой стороны статора. Магнитная петля начинается с магнита на роторе и проходит через воздушный зазор между ротором и статором. В отличие от двигателя с радиальным магнитным потоком, путь потока является одномерным, что позволяет использовать магнитные стали с ориентированными зернами для получения большей эффективности.

Двигатели с осевым потоком считаются будущим электромобилей и, что наиболее важно, электрической авиации, потому что они имеют высокое отношение крутящего момента к массе, которое идеально подходит для самолетов. Rolls Royce и Magnax, проводят исследования и разработки таких двигателей. Источник/ изображение (PrtSc): Lesics

Легкие, компактные и мощные двигатели также являются преимуществом в авиации. В 2005 году Роман Сушник из Словении испытал электрическую силовую установку для планера. Двигатель с осевым потоком из его испытаний позже был запущен в производство в EMRAX.

Поскольку обмотки ротора и статора обращены друг к другу, двигатель с осевым магнитным потоком может быть значительно короче. Чем больше диаметр ротора, тем больше крутящий момент. Двигатели с осевым потоком иногда называют «блинами» из-за их большого диаметра и малой длины. Их можно сложить вместе на общем валу для получения большей выходной мощности.

Бельгийская компания Magnax потратила шесть лет на разработку двигателей с осевым потоком. Двойные роторы конструкции позволяют использовать магнитную сталь с ориентированными зернами, которая, как утверждает Magnax, может снизить потери в сердечнике на 85%, повышая эффективность работы. Компания использует медь прямоугольного сечения для намотки статора. В результате коэффициент заполнения достигает 90%, что также повышает эффективность работы электродвигателя.

Компания утверждает, что разрабатываемый двигатель будет иметь замечательное соотношение мощности к весу, вырабатывая 400 лошадиных сил при весе всего около 22,5 килограмма.

Конструкция Magnax с осевым потоком позволяют создать мощный, эффективный и простой в изготовлении электрический двигатель. Пиковая мощность составляет около 15 киловатт на килограмм, тогда как на полностью электрическом BMW i3 всего 3 кВт / кг. ИЗОБРАЖЕНИЕ: MAGNAX