Aksiaalivuokäyttöiset kestomagneettimoottorit
Aksiaalivuoinen kestomagneettimoottori käyttää kiekonmuotoista magneettipiiriä, jossa ilmavälin päävuo kulkee akselin suuntaisesti. Se noudattaa samoja synkronisia periaatteita kuin radiaalinen PMSM, mutta vaihtaa pituutta halkaisijaan ja voi tuottaa suuren momentin lyhyessä paketissa.
Geometria, ei uusi momentin lähde
”Aksiaalivuo” kuvaa magneettireitin suuntaa ja ”kestomagneettisynkroninen” roottorin herätystä suhteessa pyörivään kenttään. Luokitukset ovat erillisiä: myös aksiaaliset induktio- ja reluktanssikoneet ovat mahdollisia, vaikka suorituskykyautojen huomio on kestomagneettikoneissa.
Rakenne voi olla yksi roottori kahden staattorin välissä, yksi staattori kahden roottorin välissä tai monta vaihetta. YASA:n ikeetön segmentoitu ankkuri asettaa segmenttistaattorin kahden magneettiroottorikiekon väliin. Molemmat puolet tuottavat momenttia ja jatkuva staattori-ies poistuu.
Momentin tuottaminen
Vaihtosuuntaaja syöttää monivaihevirtaa käämeihin. Resolveri, enkooderi tai estimaattori ilmoittaa roottorikentän sijainnin, ja vektorisäätö asettaa vaihevirtavektorin. Kaksi roottorikiekkoa seuraa pyörivää kenttää synkronisesti.
Suuri aktiivinen säde hyödyttää momenttia. Sähkömagneettinen leikkausvoima vaikuttaa kauempana akselista kuin pienessä radiaalikoneessa ja saa pidemmän vipuvarren. Kaksi ilmaväliä käyttää molempia staattoripintoja. Hyvä optimointi voi antaa suuren momentin aksiaalipituutta kohti sekä suuren massa- tai tilavuuskohtaisen momentti- ja tehotiheyden.
Tulos ei ole automaattinen. Halkaisija, ilmavälivuo, virtakuormitus, jäähdytys, roottorijännitys, laakerit, vaihtosuuntaaja ja käyttöjakso määräävät tehon. Vertailu vaatii saman huippukeston, jatkuvat lämpöolot, jäähdytysnesteen lämpötilat, rajat ja mittausrajan.
Pakkaus ja suorituskyky
Ohut muoto vapauttaa akselinsuuntaista tilaa tai mahdollistaa useita moottoreita ja vaihteistoja kompaktissa yksikössä. Tämä auttaa, kun pituus on halkaisijaa rajoitetumpi.
Suuri momenttitiheys voi pienentää massaa, mutta järjestelmään kuuluvat tuet, laakerit, kotelo, jäähdytys, vaihtosuuntaaja ja voimansiirto. Pelkän moottorin tehotiheys ei ole yksikön tai auton tehotiheys.
Jatkuva teho riippuu lämmön poistosta. Staattori on usein roottorikiekkojen välissä, joten ulkoinen vesivaippa voi muodostaa pitkän lämpöreitin kupariin. Suora öljyjäähdytys tai jäähdytys segmenttikäämien lähellä lyhentää sitä ja tukee toistuvaa kuormaa.
Mekaaniset ja lämpöhaasteet
Roottorikiekot vetävät staattoria suurella aksiaalivoimalla. Vastakkaiset roottorit voivat tasapainottaa voiman, mutta kotelon jäykkyyden, laakeroinnin, tasomaisuuden ja toleranssien on pidettävä ilmavälit pieninä ja tasaisina. Lämpölaajeneminen, tärinä ja tuotantovaihtelu vaikeuttavat valmistusta.
Leveä kiekko vaatii myös jännityksen ja taipuman hallintaa nopeudella. Magneetit on kiinnitettävä, pyörrevirtahäviöt hallittava ja momenttiväre sekä ääni rajoitettava napa-, ura-, magneetti- ja käämityssuunnittelulla.
Nesteen on sovittava sähköisesti ja kemiallisesti eristeisiin, liimoihin, magneetteihin, tiivisteisiin ja laakereihin. Suora jäähdytys lisää pumppuja, kanavia, suodatusta, tiivistystä ja vastusta. Se kasvattaa jatkuvaa tehoa mutta kuluttaa apuenergiaa.
Magneetit tuovat samat lämpötila-, demagnetoitumis-, hinta- ja toimituskysymykset kuin radiaalisessa PMSM:ssä. Aksiaalivuo ei poista niitä, vaan muuttaa ratkaisun geometriaa.
Erikoistekniikasta sarjatuotantoon
Mercedes-Benz aloitti suurvalmistuksen Berlin-Marienfeldessä kesäkuussa 2026. Ensimmäinen sarjasovellus on sähköinen Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé, jossa kolme aksiaalimoottoria yhdistyy kompakteihin planeettavaihteisiin.
Mercedes-Benz ilmoittaa 98 prosessivaihetta ja tiukan kaksoisroottorin sekä staattoriasennon hallinnan. Tämä osoittaa, ettei suorituskykyä voi erottaa valmistettavuudesta.
YASA, jonka Mercedes-Benz osti 2021, kehitti ikeettömän segmenttiarkkitehtuurin. Muut toimittajat käyttävät eri ytimiä, roottorimääriä, käämejä, materiaaleja ja jäähdytystä; ”YASA” ei tarkoita kaikkia aksiaalimoottoreita.
Aksiaalivuon käyttökohde
Aksiaalikoneet sopivat, kun aksiaalitila ja momenttitiheys oikeuttavat vaativat prosessit. Suorituskykyautot ovat varhainen kohde, koska kompaktius, toistettava teho ja massa ovat arvokkaita.
Ne eivät korvaa kaikkia radiaalimoottoreita. Radiaalikoneilla on kypsät työkalut, toimitusketjut, tutut jäähdytysvaipat ja skaalautuva tuotanto. Käyttöönotto riippuu kokonaiskustannuksesta, jatkuvasta suorituskyvystä, saannosta, kestävyydestä ja huollettavuudesta, ei yhdestä huippuluvusta.
Munro Live -video antaa edelleen visuaalisen selityksen:
Palaa sivulle Electric Motors and Drive Units.