01 Was ist ein Axialflussmotor?

Je nach Richtung des magnetischen Flusses kann der Motor in einen Axialflussmotor und einen Radialflussmotor unterteilt werden. Obwohl die magnetischen Flussrichtungen unterschiedlich sind, folgen alle Funktionsprinzipien den Grundgesetzen des Elektromagnetismus.

Das heißt, der Motortreiber steuert die magnetische Feldstärke und -richtung der Spule (des Rotors), indem er die Richtung und Stärke des durch die Spule (den Rotor) fließenden Stroms ändert. Da die Magnetpole des Stators fest sind, erzeugt das Magnetfeld bei einer Änderung der Magnetfeldrichtung und -stärke des Rotors die Lorentzkraft und treibt so den Rotor zur Rotation an.

Schematische Darstellung der magnetischen Flussrichtung

Die Magnetpole des Stators des Axialflussmotors sind entlang der Achse angeordnet. Der Rotor hat üblicherweise eine zylindrische Struktur. Der magnetische Fluss verläuft durch die Mittelachse des Rotors. Wenn der Strom durch die Statorwicklung fließt, durchläuft das erzeugte Magnetfeld den Rotor entlang der Achse. Gemäß dem Lorentzkraftgesetz erzeugt dieses Magnetfeld ein Drehmoment im Rotor und treibt ihn dadurch zur Rotation an.

Der Luftspalt des Axialflussmotors ist eben, die axiale Länge ist kurz und er hat die Form einer dünnen Scheibe, weshalb er auch als Scheibenmotor bezeichnet wird.

Schematische Darstellung der Axialfluss- und Radialflussmotorstrukturen

Der topologische Aufbau von Axialflussmotoren ist flexibel und kann je nach Anwendungsszenario kombiniert werden. Entsprechend der Stator-Rotor-Kombinationsstruktur lassen sich Axialflussmotoren in die folgenden vier Strukturen unterteilen:

Einzelstator-/Einzelrotorstruktur: 1 Rotor + 1 Stator, einfache und kompakte Struktur, aber große einseitige magnetische Anziehungskraft, große Lagerbelastung, starke Vibrationen und Geräusche sowie das Risiko von Stator-Rotor-Reibung, die die Lebensdauer des Motors verkürzt;

Einzelstator-/Doppelrotorstruktur: 2 Außenstatoren + 1 Innenrotor, hohe Leistungsdichte, besser geeignet für Traktionssysteme, die Luft- und Raumfahrt und andere Bereiche;

Doppelstator-/Einzelrotorstruktur: 2 Außenrotoren + 1 Innenstator, mit guter Symmetrie, relativ geringer einseitiger magnetischer Anziehungskraft, besser geeignet für Windkraftanlagen;

Struktur mit mehreren Statoren/mehreren Rotoren: mehrere Statoren + mehrere Rotoren, geeignet für Szenarien mit großem Drehmoment, wie Schiffsantriebssysteme, große Windkraftanlagen und Wasserkraftgeneratoren.

02 Vorteile und Grenzen von Axialflussmotoren

Vorteile von Axialflussmotoren

Kleine Größe und geringes Gewicht: Axialflussmotoren wiegen 5 l und 24 kg, während herkömmliche Radialflussmotoren für Automobile nur 10 l und 50 kg wiegen. Axialflussmotoren entsprechen dem Trend zu Leichtbaufahrzeugen. Gleichzeitig zeichnen sie sich durch eine kompakte Bauweise, eine kürzere radiale Länge und hohe Einbaufreiheit aus.

Hohe Drehmomentdichte & Leistungsdichte: Die effektive magnetische Oberfläche von Bei Motoren mit Axialfluss-Permanentmagneten befindet sich der Rotor auf der Oberfläche und nicht am Außendurchmesser des Motors. Daher können sie in der Regel mehr Drehmoment innerhalb eines bestimmten Volumens bereitstellen und so die Drehmomentdichte und Leistungsdichte verbessern.

Hoher Wirkungsgrad: Dank des kürzeren eindimensionalen Flusspfads ist der Wirkungsgrad von Axialflussmotoren sehr hoch und liegt in der Regel über 96 %. Damit ist er vergleichbar mit oder besser als die besten zweidimensionalen Radialflussmotoren auf dem Markt. Axialflussmotoren sparen bei allen Leistungsstufen etwa 15–25 % Energie im Vergleich zu herkömmlichen Radialmotoren und können die Spitzenleistung länger aufrechterhalten.

Axialflussmotorstruktur

Geringe Geräuschentwicklung und Vibration: Aufgrund der gleichmäßigen Verteilung des Magnetfelds erzeugt der Axialflussmotor im Betrieb geringe Geräusche und Vibrationen, was ihn besonders für Anwendungsszenarien mit strengen Anforderungen an Geräuschentwicklung und Vibrationen geeignet macht.

Energieeinsparung und CO50-Reduktion: Die Volumen- und Gewichtsvorteile des Axialflussmotors können den Verbrauch von Kupfer, Eisen, Permanentmagneten und anderen Materialien im Produktions- und Fertigungsprozess im Vergleich zu radialen Permanentmagnetmotoren um etwa 34 % reduzieren. Durch die kernlose PCB-Statortechnologie kann der Kupferverbrauch des Axialmotors im Vergleich zum Radialmotor auf XNUMX % reduziert werden.

Gleichzeitig weist er ein geringeres Eigengewicht und einen höheren Wirkungsgrad auf. In der Anwendung verbraucht der Motor weniger Strom und verfügt über eine stärkere Antriebsleistung, was zur Energieeinsparung und CO2-Reduzierung beiträgt.

Einschränkungen von Axialflussmotoren

Kostenaspekte: Axialflussmotoren erfordern spezielle Materialien und Fertigungsverfahren, sodass die Herstellungskosten in der Regel höher sind als bei herkömmlichen Radialflussmotoren. Beispielsweise erhöhen die Verwendung einer jochlosen Topologie und eines speziellen Stator-Rotor-Designs die Kosten.

Komplexität von Konstruktion und Produktion: Konstruktion und Produktion von Axialflussmotoren sind in der Regel komplexer. Beispielsweise muss der Luftspalt zwischen Rotor und Stator gleichmäßig gehalten werden. Die Axialkraft im Betrieb kann zu starken Spannungen auf der Motorwelle führen. Herstellungsprozess und mechanische Ausrüstung sind nicht so ausgereift wie bei Radialmotoren. Dies schränkt die Massenproduktion ein.

Querschnitt eines Axialflussmotors

Herausforderungen bei der Wärmeableitung: Da sich die Wicklungen eines Axialflussmotors tief im Stator und zwischen den beiden Rotorscheiben befinden, ist die Wärmeableitung sehr schwierig. Bei hoher Belastung kommt es zu Überhitzungsproblemen, die Leistung und Lebensdauer des Motors beeinträchtigen.