Hoe om die hoëspoed-veldverswakkende vermoë van aksiale vloedmotors te evalueer?

In onlangse jare, aksiale vloedmotors het toenemende vastrapplek in die elektriese dryfgemeenskap gekry. Hulle word deur baie beskou as een van die verteenwoordigende rigtings vir die volgende generasie hoëwerkverrigtingmotors, veral in toepassings waar volume en gewig van kritieke belang is—soos in-wielmotors, hommeltuie, elektriese sportmotors en hibriede stelsels. Die aksiale vloedstruktuur bied wel unieke voordele in hierdie scenario's.

Om egter werklik aksiale vloedmotors in hoëspoed elektriese dryfstelsels toe te pas, is een tegniese uitdaging onvermydelik:  Is die hoëspoed veldverswakkingsvermoë voldoende? En hoe moet dit geëvalueer word?

I. Eerstens, verstaan: Waarom is 'veldverswakking' altyd nodig teen hoë spoed?

'n Fundamentele eienskap van permanente magneet-sinchrone motors (PMSM's) is dat die agterste EMK toeneem met spoed.

Terug-EMK kan eenvoudig verstaan ​​word as die spanning 'gegenereer' deur die motor self soos dit roteer. Wanneer die spoed tot 'n sekere punt styg, nader of oorskry die agterste EMK die maksimum spanning wat die beheerder kan verskaf—dws die GS-busspanning. Op daardie stadium kan die motor nie meer stroom inspuit of spoed verhoog nie; dit word effektief geblokkeer deur 'n 'spanningsmuur.'

So wat kan gedoen word?

Die metode is:  verminder die motor se vloedskakeling aktief, maw maak die magneetveld 'swakker' , waardeur die agterste EMF verlaag word en spanningspasie vir hoër snelhede vrygestel word. Dit is wat ons gewoonlik 'veldverswakkende beheer' noem.

’n Analogie:
’n Standaardfiets benodig ’n groot ratverhouding vir wegspring en hoë wringkrag; as jy daardie groot verhouding teen hoë spoed hou, kan jou bene nie tred hou met die kadens nie. Veldverswakkende beheer is soos om na 'n kleiner ratverhouding teen hoë spoed oor te skakel, wat die voertuigspoed toelaat om aan te hou toeneem terwyl jou beenkadens dieselfde bly.

II. Die besonderhede van aksiale vloedmotors in veldverswakking

Aksiale vloedmotors is nie 'n enkele vaste ontwerp nie, maar eerder 'n breë kategorie topologieë. Hulle gemeenskaplike kenmerk is dat die lugspleetvloed in die aksiale rigting vloei, eerder as radiaal soos in konvensionele radiale vloedmotors.

Hierdie struktuur bring voordele soos hoë wringkragdigtheid, plat vormfaktor en kort aksiale lengte mee, maar stel ook sekere eienskappe bekend wat relevant is vir veldverswakkingsvermoë.

Een van die mees invloedryke faktore is:  baie aksiale vloedmotors het relatief lae induktansie.

Die veldverswakkingsvermoë van 'n motor is nou verwant aan die verhouding van die direkte-as-induktansie  Ld  tot die vloedskakeling  Ψm . Eenvoudig gestel, hoe groter die direkte-as-induktansie en hoe kleiner die vloedkoppeling, hoe makliker word veldverswakking in teorie, en hoe sterker is die hoëspoed-uitbreidingsvermoë.

Baie aksiale vloedmotors, in die strewe na hoë wringkragdigtheid, het kort magnetiese paaie en kort eindwikkelings, wat natuurlik lae induktansie tot gevolg het. Gevolglik is 'n groter veldverswakkingsstroom nodig om die vloedkoppeling te kanselleer, wat lei tot 'n aansienlike toename in koperverlies by hoë spoed, 'n daling in doeltreffendheid en moontlik selfs onvoldoende veldverswakkingsvermoë.

Maar let op:  nie alle aksiale vloedmotors het swak veldverswakkende werkverrigting nie.
Dit hang af van die spesifieke ontwerp. Byvoorbeeld, die gebruik van meerlaagmagnete, die verhoging van die poolpaargetal, die optimalisering van wikkelkonfigurasies, of die verhoging van die onwilligheid-wringkragbydrae kan alles veldverswakkende werkverrigting verbeter.

Daarom, wanneer u evalueer, kan 'n mens nie bloot sê 'aksiale vloedmotors het altyd swak veldverswakking' nie; dit moet op 'n geval-tot-geval basis vir elke spesifieke ontwerp beoordeel word.

III. Wat is die hoofaanwysers vir die evaluering van veldverswakkingsvermoë?

In die ingenieurspraktyk behels die evaluering van die hoëspoed veldverswakkingsvermoë van 'n aksiale vloedmotor tipies die volgende kernparameters en kurwes.

1. Kenmerkende stroom

Kenmerkende stroom word gedefinieer as:

 waar  Ψm  die permanente magneet vloedkoppeling is, en  Ld  die direkte-as induktansie is.

As die kenmerkende stroom minder is as die beheerder se maksimum uitsetstroom, dan kan die motor teoreties die 'oneindige veldverswakking'-gebied binnegaan, wat voorsiening maak vir baie hoëspoedverlenging.
As die kenmerkende stroom groter is as die maksimum stroom, beteken dit dat selfs die gebruik van alle stroom vir veldverswakking onvoldoende is om die vloedkoppeling te kanselleer, wat hoëspoed-uitbreidingsvermoë beperk.

Kenmerkende stroom is die mees intuïtiewe aanwyser vir die evaluering van veldverswakkingspotensiaal.

2. Spanningsgrenssirkel en stroomgrenssirkel

Op die huidige vektorvlak word motoriese werking deur twee sirkels beperk:

• Stroomlimietsirkel : bepaal deur die beheerder se maksimum uitsetstroom;

• Spanningslimietsirkel : bepaal deur die GS-busspanning en die huidige spoed.

Soos spoed toeneem, krimp die spanningsgrenssirkel. Die motor se werkspunt moet binne die snypunt van hierdie twee sirkels lê.

’n Motor met sterk veldverswakkingsvermoë het steeds ’n voldoende kruisingsarea teen hoë spoed om nuttige wringkrag te lewer.
'n Motor met 'n swak veldverswakkingsvermoë sien hoe die spanningsgrenssirkel te vinnig krimp, die werkspunt in 'n baie klein gebied indruk, en uitsetvermoë daal skerp.

3. Konstante-krag streek breedte

In ingenieurswese word die 'konstantekragstreek' dikwels gebruik om hoëspoed-uitbreidingsvermoë te evalueer.
’n Wyer konstante-kraggebied dui aan dat die motor relatief hoë kraglewering teen hoë snelhede kan handhaaf, eerder as om ’n kransagtige daling in wringkrag te ervaar.

As 'n aksiale vloedmotor swak ontwerp is vir veldverswakking, sal sy konstante-kraggebied merkbaar smal wees, en krag aan die hoëspoedkant sal vinnig daal.

4. Verhouding van maksimum spoed tot gegradeerde spoed

Hierdie verhouding word ook die 'veldverswakkende spoed-uitbreidingsverhouding' genoem.
Vir tipiese passasiersvoertuig-aandrywingmotors word 'n uitbreidingsverhouding van 3 tot 4 keer of meer verlang—byvoorbeeld, gegradeer teen 4000 rpm en maksimum by 15000–18000 rpm.
Of 'n aksiale vloedmotor hierdie vlak kan bereik, hang af van 'n gekombineerde evaluering van induktansie, vloedkoppeling, poolpaarnommer en beheerderspanningvermoë.

5. Hoëspoeddoeltreffendheid en temperatuurstyging

Veldverswakking gaan nie net oor 'of dit kan tol nie,' maar ook 'hoe doeltreffend dit is wanneer dit wel is.'
As die veldverswakkingstroom buitensporig groot is, neem koperverlies dramaties toe, wat lei tot ernstige temperatuurstyging teen hoë spoed, wat selfs onomkeerbare demagnetisering van die permanente magnete kan veroorsaak.

Daarom, wanneer veldverswakkingsvermoë geëvalueer word, is dit noodsaaklik om ook die hoëspoeddoeltreffendheid-MAP en termiese werkverrigting te ondersoek—nie net die spoedgetalle nie.

IV. Hoe om in die praktyk te evalueer? Drie benaderings

Benadering 1: Elektromagnetiese simulasie

Tydens die ontwerpfase bou ingenieurs tipies 'n elektromagnetiese model van die aksiale vloedmotor deur gebruik te maak van eindige element simulasie sagteware.

Deur verskillende snelhede en stroomvektore te vee, kan die volgende verkry word:

• Terug EMF golfvorm;

• Direkte-as en kwadratuur-as induktansies  Ld , Lq;

• Flux koppeling  Ψm;

• Kenmerkende stroom  Ich;

• Snyding van spanningsgrensellips en stroomgrenssirkel;

• Teoretiese maksimum wringkrag-spoed kurwe;

• Doeltreffendheid KAART.

Hierdie data kan die motor se veldverswakkingspotensiaal omvattend weerspieël.
Vir akkurate simulasieresultate moet die model egter aksiale vloed-eindlekkasievloed, 3D magnetiese stroombaanpaaie en versadigingseienskappe getrou voorstel. Gevolglik maak simulasie van aksiale vloedmotors meer staat op 3D eindige element analise in vergelyking met konvensionele radiale motors.

Benadering 2: Banktoetsing

Simulasie is slegs teoreties; Uiteindelik word bankafmetings vereis.

Banktoetse sluit gewoonlik in:

• Terug EMF-koëffisiëntmeting;

•  Induktansiemeting by verskillende temperature;

• Piek wringkrag-spoed eksterne kenmerk kurwe;

• Deurlopende gegradeerde kraguitsetvermoë;

• Volgehoue ​​bedryfstyd teen maksimum spoed;

• Doeltreffendheid en temperatuurstyging in die hoëspoed-veldverswakkingstreek;

• Prestasie-degradasietoets na magneet-demagnetisering.

Die mees kritieke is  temperatuurstyging in die hoëspoed-veldverswakkingstreek  en  deurlopende werkingsvermoë .
Baie aksiale vloed-prototipes kan baie hoë snelhede in kort-duur piektoetse bereik, maar as hulle oorverhit en verminder na 'n paar minute van deurlopende werking, kan hulle nie beskou word as met werklik gekwalifiseerde veldverswakkingsvermoë nie.

Benadering 3: Beheerstrategiepassingsevaluering

Veldverswakkingsvermoë hang nie net van die motor self af nie, maar ook van die beheerder en beheeralgoritmes.

Algemene beheerstrategieë sluit in:

• MTPA (Maksimum wringkrag per Ampere);

• Veldverswakkende beheer;

• MTPV (Maksimum wringkrag per spanning);

• Voorwaartse spanning en stroomontkoppeling in diep veldverswakking.

Die evaluering moet ondersoek of die beheerstrategie die spanning- en stroomgrense van die aksiale vloedmotor ten volle kan ontgin.
As die motorliggaam goeie veldverswakkingspotensiaal het, maar die beheeralgoritme is onvoldoende, kan kwessies soos jitter, verlies van beheer of buitensporige lae doeltreffendheid by hoë snelhede voorkom.

V. Watter ontwerpverbeterings kan die hoëspoed veldverswakkingsvermoë van aksiale vloedmotors verbeter?

As evaluering onvoldoende veldverswakkingsvermoë aantoon, sluit algemene verbeteringsaanwysings in:

1. Optimaliseer direkte-as induktansie

Die gepaste verhoging van die direkte-as-induktansie kan die kenmerkende stroom verlaag en veldverswakkingsvermoë verbeter.
Dit kan bereik word deur die poolpaargetal te verhoog, gleufgeometrie aan te pas, wikkeluitleg te optimaliseer, magnetiese brugwydte te verhoog, ens.

Toenemende direkte-as-induktansie bots egter dikwels met wringkragdigtheid, dus is multi-objektiewe optimering nodig.

2. Verminder vloedkoppeling matig

Die gebruik van magnete met effens laer remanensie, maar hoër temperatuurtoleransie, of vermindering van magneetdikte, kan EMF en kenmerkende stroom verlaag.
Die uitruil is 'n vermindering in laespoed-wringkrag, wat teen algehele stelselvereistes opgeweeg moet word.

3. Verhoog onwilligheid wringkrag bydrae

Deur die saliency-verhouding (verskil tussen kwadratuur- en direkte-as-induktansies) te verhoog, kan reluktansie-wringkrag 'n groter deel van die uitset aanneem, wat die afhanklikheid van permanente magneetvloedkoppeling verminder.
Op hierdie manier, by hoëspoedveldverswakking, neem vloedskakeling minder spanningspasie in beslag, wat spoedverlenging makliker maak.

4. Neem baster-opwekking of veranderlike vloed aan

Dit is 'n meer gevorderde benadering.
Deur veldwikkelings of veranderlike-vloedmagnete in die aksiale vloedstruktuur in te sluit, laat aktiewe vermindering van lugspleet-vloed teen hoë spoed toe, wat 'passiewe veldverswakking' in 'aktiewe veldverswakking' omskep.

Hierdie ontwerp kan hoëspoeddoeltreffendheid en konstante-kragstreekwydte aansienlik verbeter, maar verhoog strukturele kompleksiteit en koste.

5. Verbeter DC bus spanning benutting

As die motor self beskeie veldverswakkingsvermoë het, is dit ook moontlik om die 'spanningsmuur' terug te druk deur die beheerderspanningsvlak te verhoog, SiC-omskakelaars te gebruik, modulasiestrategieë te optimaliseer, ens., om meer effektiewe spanning vanaf dieselfde busspanning te lewer.

Dit laat meer kopruimte vir veldverswakking.

VI. Algemene wanopvattings

Wanneer die hoëspoed-veldverswakkingsvermoë van aksiale vloedmotors geëvalueer word, is verskeie wanopvattings die moeite werd om op te let.

Wanopvatting 1: Kyk net na die maksimum spoed.

'n Hoë maksimum spoed beteken nie noodwendig 'n sterk veldverswakkingsvermoë nie - dit kan net 'n korttermyn-spoeduitbarsting wees sonder volgehoue ​​nuttige kraglewering.

Wanopvatting 2: Om te glo dat aksiale vloedmotors altyd swak veldverswakking het.

Soos vroeër genoem, is aksiale vloed 'n topologiese konsep, en spesifieke veldverswakkingsprestasie verskil baie. Sommige hoëwerkverrigting aksiale vloedmotors kan selfs beter as vergelykbare radiale vloedmotors presteer in veldverswakkingsvermoë.

Wanopvatting 3: Ignoreer temperatuur-effekte.

Beide permanente magneet vloedkoppeling en wikkelweerstand wissel met temperatuur. By hoë temperature neem vloedkoppeling af, wat die veldverswakkende stroomvereistes verander. Evaluering moet warmtoestandparameters gebruik, nie net kouetoestanddata nie.

Wanopvatting 4: Behandel simulasie maksimum spoed as werklike bruikbare spoed.

Simulasies word dikwels onder ideale spanning-, stroom- en temperatuurtoestande uitgevoer. In werklike banktoetsing sal beheerder nie-lineariteite en termiese beskerming die praktiese veldverswakkingsgebied beperk.

VII. Gevolgtrekking

Die hoëspoed veldverswakkingsvermoë van 'n aksiale vloedmotor is in wese 'n ingenieursprobleem op stelselvlak.

Dit hang nie net af van die elektromagnetiese ontwerp van die motorliggaam nie, maar ook van die beheerstrategie, omskakelaarvermoë en termiese bestuur.
Evaluering moet nie net op een of twee parameters staatmaak nie; in plaas daarvan, dit vereis 'n omvattende oordeel gebaseer op kenmerkende stroom, spanning/stroom limiet sirkels, konstante-krag streek breedte, hoë-spoed doeltreffendheid, temperatuur styg, en deurlopende werking vermoë.

Vir ingenieurs wat daarop gemik is om werklik aksiale vloedmotors in hoëspoed-elektriese aandryftoepassings in te druk,  is veldverswakkingsvermoë nie 'n kwessie van 'of dit bestaan' nie, maar eerder 'of die motor spoed volhoubaar en doeltreffend kan verleng.'

In die toekoms, met vooruitgang in nuwe materiale, nuwe topologieë en multi-fisika-optimeringstegnieke, sal die werkverrigting van aksiale vloedmotors in die hoëspoed-veldverswakkingsgebied aanhou verbeter.
En om hul veldverswakkende vermoë akkuraat en sistematies te evalueer, sal toenemend 'n kritieke skakel in die ontwikkeling van elektriese aandrywing word.