ማጠቃለያ ፡ የአክሲያል ፍሉክስ ቋሚ ማግኔት (ኤኤፍፒኤም) ሞተሮች፣ ጠፍጣፋ አወቃቀራቸው እና ከፍተኛ የማሽከርከር እፍጋታቸው፣ እንደ ኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች እና ድሮኖች ባሉ የጫፍ መስኮች ላይ ከፍተኛ ትኩረትን ስቧል። ሆኖም ግን, የእነሱን የአፈፃፀም ጣሪያ የበለጠ ለማፍረስ, የ rotor ንድፍ ወሳኝ ተለዋዋጭ ነው. ይህ መጣጥፍ የሚጀምረው በሃልባች አደራደር ፍሰት ላይ በሚያተኩር መርህ ሲሆን በመቀጠልም የተሻሻለውን ባለሁለት የተዛባ ምሰሶ መዋቅር ያብራራል። ባለብዙ-ተጨባጭ የዘረመል ስልተ ቀመሮች እና ሜታሄውሪስቲክ ዘዴዎች በሞተር ዲዛይን ውስጥ የፓሬቶ ምቹነትን እንዴት እንደሚያሳኩ በመመርመር በኮምፒዩተር የታገዘ ንድፍ ድንበር ውስጥ ይንቀሳቀሳል። በመጨረሻም፣ በቅርበት-ኔት-ቅርጽ ለስላሳ መግነጢሳዊ ውህድ (SMC) ማቴሪያሎች ሂደት ላይ ያተኩራል እና ይህ ቴክኖሎጂ 'የመጨረሻ ማይል'ን ከምህንድስና ፕሮቶታይፕ እስከ የአክሲያል ፍሎክስ ሞተሮችን በብዛት ለማምረት እንዴት እንደሚረዳ ያብራራል።
I. Halbach Array እና Dual-Skewed Poles: 'Fusion' እና 'ቅርጽ' የመግነጢሳዊ መስክ
የአክሲያል ፍሰት ሞተር የአፈፃፀም ጣሪያ በአብዛኛው የተመካው በ rotor በኩል ባሉት ቋሚ ማግኔቶች በሚመረተው መግነጢሳዊ መስክ ስርጭት ጥራት ላይ ነው። ተለምዷዊው ወለል ላይ የተገጠመ ቋሚ ማግኔት (SPM) መዋቅር ቀላል ነው፣ ነገር ግን የተለያየ የመግነጢሳዊ ፍሰት መስመሮች ውስጣዊ ጉዳቱ ወደ ውሱን የአየር ክፍተት ፍሰት ጥግግት እና ከፍተኛ የፍሳሽ ፍሰት ይመራል።
የሃልባች ድርድር ከሞላ ጎደል ጥሩ መፍትሄ ይሰጣል። የቋሚ ማግኔቶች ልዩ ዝግጅት ነው - ከጎን ያሉት ማግኔቶች መግነጢሳዊ አቅጣጫ በቅደም ተከተል በ 90 ° ይሽከረከራሉ ፣ ስለሆነም መግነጢሳዊ መስኩ በድርድሩ በአንደኛው በኩል የተሻሻለ እና በሌላኛው በኩል ከሞላ ጎደል ሙሉ በሙሉ ተሰርዟል ፣ ይህም የራስ መከላከያ ውጤት ያገኛል ። በይበልጥ ሊታወቅ በሚችል መልኩ፡ በተለመደው መግነጢሳዊ ዑደት ውስጥ የፍሰት መስመሮቹ በሲሜትሜትሪ ይለያያሉ፣ የሃልባች አደራደር 'ይገድባል' ፍሰት መስመሮችን ወደሚሰራው የአየር ክፍተት ጎን ፣ ቀልጣፋ ፍሰት ትኩረትን በመገንዘብ። ልምምዶች እንደሚያሳዩት የሃልባች ድርድርን በሚቀጥሩ የአክሲዮል ፍሉክስ ሞተሮች ውስጥ የማሽከርከር ጥንካሬን እስከ 28 በመቶ እና የማጎሪያውን ጉልበት በ65 በመቶ መቀነስ ይቻላል።
ነገር ግን፣ የሃልባች ድርድር በተግባራዊ የ rotor ዲዛይን ላይም ተግዳሮቶች ገጥሟቸዋል፡ የአየር ክፍተት ፍሰት ጥግግት የ sinusoidal ጥራት ቢሻሻልም፣ የቶርኪ ሞገድ -በተለይም የማጎሪያ ጉልበት - ለስላሳ ስራ ትልቅ ማነቆ ሆኖ ይቆያል። ባለሁለት የተዘበራረቀ ምሰሶ ማግኔት ቴክኖሎጂን ማስተዋወቅ ይህንን የህመም ነጥብ ያነጣጠረ ትክክለኛ ጣልቃ ገብነት ነው።
በታይላንድ ውስጥ ከሚገኘው የኮን ኬን ዩኒቨርሲቲ የ2024 የምርምር ቡድን በ IEEE Access ውስጥ ያሳተመ ፈጠራ ያለው የ TORUS axial flux ሞተር ከተዛባ የሃልባች ድርድር ጋር አቅርቧል። ቋሚ ማግኔቶችን በተዛባ ውቅረት ውስጥ በማዘጋጀት (ሁለት-የተጣደፉ ምሰሶዎችን በመፍጠር), የተሻሻለው ሞተር, ከመነሻ መስመር ጋር ሲነፃፀር, በ 4% የጀርባ-EMF መጨመር እና በ 9.3% የጭስ ማውጫው ምንም አይነት ጭነት በማይኖርበት ጊዜ የመንገጫገጭ ጉልበት መቀነስ; በጭነት፣ አማካኝ ጉልበት በ 8% ጨምሯል እና የቶርኪ ሞገድ በ 7.8% ቀንሷል። እነዚህ ማሻሻያዎች ምክንያት ሊገለጹ ይችላሉ የፍሎክስ ትኩረትን እና ፍሰትን የመሰረዝ ተፅእኖዎችን በተመጣጣኝ ማበልጸግ - የተዛባው መዋቅር በጠፈር ውስጥ የመግነጢሳዊ መስክ ቁጥጥርን የነፃነት ደረጃን ያሰፋዋል ፣ የአየር-ክፍተት ፍሰት እፍጋታ ሃርሞኒክ ክፍሎችን በተሳካ ሁኔታ ያስወግዳል።
ሌሎች ጥናቶች አረጋግጠዋል ለስላሳ መግነጢሳዊ ውህድ ኮሮች ለኤክሲያል ፍሉክስ ሞተሮች ተጨማሪ የቶርኬ ማሻሻያ ሊገኝ የሚችለው የ axial magnetisation coefficient (optimal value ~0.82) ባለ ሁለት ክፍል እኩል ስፋት ያለው የሃልባች ድርድር በትንታኔ በማመቻቸት ነው። በጣም የቅርብ ጊዜ ውጤቶችም የበለጠ ይሄዳሉ፡ በ2025 በሳይንስ ሪፖርቶች ላይ የታተመው ጥናት ተቀብሏል ባለሁለት የተዛባ የሃልባች ድርድር ባለ ሁለት ጎን አክሲያል ፍሰት ቋሚ ማግኔት ሞተርን እና ባለብዙ ዓላማ ጄኔቲክ አልጎሪዝም ማሻሻያ አማካኝ torque ውስጥ 7.8% ጭማሪ እና የቶርኪ ሞገድ ላይ ከፍተኛ ቅነሳ አግኝቷል።
II. በኮምፒዩተር የታገዘ ንድፍ 'Ace የጦር መሣሪያ'፡ ባለ ብዙ ዓላማ ጀነቲካዊ ስልተ ቀመሮች እና ሜታሂሪስቲክ ዘዴዎች
የሃልባች አደራደር 'ምን ይደረግ' ለሚለው ጥያቄ መልስ ከሰጠ፣ ዘመናዊ የማመቻቸት ስልተ ቀመሮች 'እንዴት በተሻለ መልኩ ማድረግ እንደሚቻል' የሚለውን ጥያቄ ይመልሳሉ። ለአክሲያል ፍሎክስ ሞተሮች እንደ ሮተር ጂኦሜትሪ፣ ማግኔት ልኬቶች፣ ማግኔቲዜሽን አንግል እና skew አንግል ያሉ የንድፍ ተለዋዋጮች ውስብስብ ባልሆኑ መንገዶች የተጣመሩ ሲሆን ባህላዊ ነጠላ-ፓራሜትር መጥረግ ወይም የሙከራ-እና-ስህተት ዘዴዎች ገደባቸው ላይ ደርሰዋል።
ባለብዙ ዓላማ ጄኔቲክ አልጎሪዝም (MOGA) በአሁኑ ጊዜ በጣም የበሰሉ የመፍትሄዎች ምድብ ናቸው። የተፈጥሮን 'የተዋሕዶ መትረፍ' እና 'የዘረመል ልዩነት' ስልቶችን በመኮረጅ ሰፊውን የንድፍ ቦታ ለፓሬቶ-ምርጥ የመፍትሄ ሃሳቦች በምርጫ፣ ክሮስቨር እና ሚውቴሽን ኦፕሬሽኖች አማካኝነት በራስ ሰር ይፈልጉታል። በፓሬቶ ግንባር ላይ ያለው እያንዳንዱ ነጥብ የበላይነት የሌለበት የንግድ ልውውጥን ይወክላል - የትኛውም ዓላማዎች ሌላውን ሳይሰዉ የበለጠ ሊሻሻሉ አይችሉም።
በተለይም፣ NSGA-II (የማይገዛ የመደርደር ጀነቲካዊ ስልተ-ቀመር ከኤሊቲዝም ጋር) በብዛት ጥቅም ላይ የዋለው ተለዋጭ ነው። በ V ቅርጽ ያለው የውስጥ ቋሚ ማግኔት ቬርኒየር ሞተር ላይ በተደረገ የቤት ውስጥ ጥናት፣ የ BP ነርቭ ኔትወርክ ተተኪ ሞዴል እና NSGA-II ጥምረት በሁለቱም የማሽከርከር እና የኮር ኪሳራ ማመቻቸት ከ10% በላይ መሻሻል አሳይቷል። በአለም አቀፍ ድንበር፣ በ2025 የሊዩ ሁዪጁን ቡድን ፕሮግረስ ኢን ኤሌክትሮማግኔቲክስ ሪሰርች ሲ ላይ ባደረገው ጥናት ብዙ ዓላማ ያለው የዘረመል ማበልጸጊያ ሂደትን የውጤት ማሽከርከርን ከፍ ለማድረግ እና የማሽከርከር ሞገድን የመቀነስ ሁለት አላማዎችን በዘዴ አሳይቷል። በተጨማሪም የጄኔቲክ አልጎሪዝም እና የ TOPSIS ዘዴ ጥምረት በጠፍጣፋ ሽቦ ቋሚ ማግኔት የተመሳሰለ ሞተሮች ውስጥ ለ rotor ማስገቢያ መዋቅር ማመቻቸት ቀርቧል።
ባለብዙ ዓላማ ጄኔቲክ አልጎሪዝም ብቻውን አይሰራም። የሜታሄውሪዝም ቤተሰብ እንደ ችግር ባህሪው የተለያዩ ሚናዎችን ይጫወታል፡-
· Particle Swarm Optimization (PSO) ፣ በአእዋፍ መንጋ ተመስጦ፣ ተከታታይ ተለዋዋጮችን በአለምአቀፍ ማመቻቸት የላቀ ነው። ኮር-አልባ ስቴተር አክሲያል-ፊልድ ቋሚ ማግኔት ሞተርን በማመቻቸት ሁለቱም GA እና PSO የውጤት ሃይልን በአንድ ክፍል ቋሚ የማግኔት መጠን ከፍ ለማድረግ ጥቅም ላይ ውለዋል። ክብደት ያለው inertia የተስተካከለ PSO እንዲሁ በአክሲያል-የተከፋፈለ-ደረጃ ማግኔቲክ-ሌቪቴሽን የተቀየረ እምቢተኛ የዝንቦች ሞተር መዋቅራዊ ልኬት ማመቻቸት ላይ ተተግብሯል።
· ሰው ሰራሽ የነርቭ መረቦች (ኤኤንኤን) እንደ ምትክ ሞዴሎች ይሠራሉ. እያንዳንዱ ውሱን ኤለመንት ማስመሰል (በተለይ 3D FEM) ከደቂቃ እስከ ሰአታት ሊወስድ ስለሚችል፣ በቀጥታ ወደ ማመቻቸት ሉፕ ውስጥ መክተት ትልቅ የስሌት ሸክም ያስከትላል። ስለዚህ፣ ተመራማሪዎች ብዙ ጊዜ የኤኤንኤን ተተኪዎችን በከፍተኛ ታማኝነት FEM መረጃ ላይ ያሰለጥናሉ፣ የሰአት የሚፈጅ አስመሳይ ምስሎችን በሁለተኛ ደረጃ ትንበያ በመተካት እና የማስላት ቅልጥፍናን በእጅጉ ያሻሽላል። በቋሚ ማግኔት የታገዘ የተቀየረ እምቢተኛ ሞተር ማመቻቸት፣ ባለብዙ ዓላማ ማመቻቸትን ለማግኘት የጄኔቲክ አልጎሪዝም የተመቻቸ የድጋፍ ቬክተር ማሽን (GASVM) ከNSGA-II ጋር አብሮ ጥቅም ላይ ውሏል።
· የAnt colony optimization (ACO) የአክሲያል ፍሰት ሞተሮች ቅልጥፍናን ለማሻሻልም ተተግብሯል። ባለ ሁለት-ስቶተር ነጠላ-rotor axial-flux ብሩሽ አልባ የዲሲ ሞተር ማመቻቸት GA ከ 91.01% ወደ 91.57% አሻሽሏል, ACO ደግሞ ወደ 91.80% ጨምሯል.
የእነዚህ ዘይቤአዊ ዘዴዎች ጥምር አተገባበር አስችሏል እስከ 15% የሚደርስ አጠቃላይ የውጤታማነት ማሻሻያ በእውነተኛ የስራ ሁኔታዎች ውስጥ የአክሲያል ፍሰት ሞተሮች - ለከፍተኛ ብቃት አንፃፊ ስርዓቶች ከጊዜ ወደ ጊዜ ጥብቅ የኢንዱስትሪ ደረጃዎችን በመጠበቅ ረገድ ትልቅ ስኬት።
III. የኤስኤምሲ ቁሶች እና የአቅራቢያ-ኔት-ቅርጽ ምስረታ፡ 'ጂኦሜትሪክ ነፃነት' በRotor ማምረቻ
የሃልባች አደራደር እና ባለብዙ ዓላማ ማመቻቸት የአክሲያል ፍሎክስ ሞተሮች 'ኤሌክትሮማግኔቲክ ዲዛይን' ተግዳሮቶችን የሚፈታ ከሆነ ለስላሳ መግነጢሳዊ ውህድ (SMC) ቁሳቁሶች ከኔት-ቅርጽ ቅርጻቅር ቴክኖሎጂ ጋር በመሆን የ 'አምራችነት' ደንቦችን እንደገና እየፃፉ ነው።
ለስላሳ መግነጢሳዊ ውህድ በዱቄት ብረታ ብረት ሂደት በብረት ላይ የተመሰረተ ዱቄትን ከኤሌክትሪክ መከላከያ ማያያዣ ጋር በመጫን የሚፈጠር መግነጢሳዊ ቁሳቁስ ነው። የዱቄት ብረታ ብረት ሂደት በማግኔቲክ ቅንጣቶች መካከል መከላከያ ሽፋን ይፈጥራል, ይህም የ Eddy ወቅታዊ ኪሳራዎችን በተሳካ ሁኔታ ይቀንሳል; በተመሳሳይ ጊዜ, SMC isotropic መግነጢሳዊ ባህሪያትን ያሳያል - ከባህላዊ የሲሊኮን ብረት ማቅለጫዎች አኒሶትሮፒክ ባህሪ መሠረታዊ ልዩነት. የሲሊኮን ብረት ከፍተኛ ፍሰት ጥግግት (ሙሌት ≥ 2.0 ቲ) በሁለት አቅጣጫ በሚሽከረከርበት አቅጣጫ ብቻ መሸከም ይችላል፣ነገር ግን በተወሳሰቡ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ መግነጢሳዊ ዑደቶች ውስጥ ደካማ ነው የሚሰራው። በሌላ በኩል ኤስኤምሲ እውነተኛ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ፍሰት መንገድ ንድፍን ይደግፋል፣ ይህም በባህሪው በ3D መግነጢሳዊ መስክ ስርጭት ላይ ለሚመሰረቱ እንደ አክሲያል ፍሉክስ ሞተሮች ላሉ ልብ ወለድ ቶፖሎጂዎች ተስማሚ የሆነ ቁሳቁስ ተሸካሚ ያደርገዋል።
ከሁሉም በላይ፣ SMC ከዚህ በፊት ታይቶ በማይታወቅ የማኑፋክቸሪንግ ነፃነት የ rotor ንድፍ ያቀርባል.
የባህላዊ የሲሊኮን ብረት ማዕከሎች በረጅም የሂደቶች ሰንሰለት - ማህተም ፣ መደራረብ ፣ ብየዳ ፣ ወዘተ - በአነስተኛ የቁሳቁስ አጠቃቀም እና በከባድ የጂኦሜትሪክ ገደቦች መፈጠር አለባቸው። ኤስኤምሲ፣ የዱቄት ብረታ ብረትን በመጠቀም፣ በጣም ውስብስብ የሆኑ የጂኦሜትሪ ባህሪያትን ባለ አንድ ደረጃ መቅረጽ ያስችላል። ይህ የ ዋና ትርጉሙ ነው 'near-net-shape forming' ፡ ከመጨረሻው ቅርጽ ጋር ቅርበት ያለው ንድፍ በቀጥታ በሻጋታ ላይ በመጫን በቀጣይ የማሽን ስራን በእጅጉ ይቀንሳል።
ይህ ጠቀሜታ በተለይ በአክሲያል ፍሰት ሞተሮች ውስጥ ይታያል. እ.ኤ.አ. በ 2025 በጃፓን የዱቄት ሜታልርጂ ሶሳይቲ ባደረገው ጥናት ፣ኤስኤምሲ የስቴተርን ጥርሶች እና ባለ ሁለት ጎን ጎን ለመመስረት ያገለግል ነበር ፣ይህም በ stator እና rotor መካከል ያለውን ተቃራኒ ቦታ በከፍተኛ ሁኔታ በመጨመር የኤሌክትሮማግኔቲክ አፈፃፀምን እና የምርት ቅልጥፍናን ያሻሽላል። ከጥቅምት 2025 የወጣው የሀገር ውስጥ ኢንደስትሪ ዘገባ በተመሳሳይ መልኩ SMC በአይክሮሮፒክ መግነጢሳዊ ባህሪያቱ፣ በዝቅተኛ ወቅታዊ ኪሳራዎች እና ለ 3D ፍሰት ንድፍ ድጋፍ ምስጋና ይግባውና የአክሲያል ፍሰት ሞተሮችን ወደ ከፍተኛ አፈፃፀም፣ ዝቅተኛ የኃይል ፍጆታ እና የተረጋጋ የጅምላ ምርት እየመራ ነው። አሁን ባለው የሂደት ደረጃ፣ የኤስኤምሲ ስታተሮች ወጥነት ከ15% በላይ ተሻሽሏል፣ እና አጠቃላይ የምርት መጠኑ ከ96% በላይ ነው።
በጣም የላቁ አፕሊኬሽኖች ውስጥ፣ SMC ከሲሊኮን ብረት ጋር ተጣምሮ የተዳቀሉ stator መዋቅሮችን ይፈጥራል ፡ የሲሊኮን ብረት ለ 2D መግነጢሳዊ መንገዶች ከፍተኛ ፍሰት መጠን (≥ 2.0 ቲ) ይይዛል፣ SMC ደግሞ ውስብስብ 3D ፍሰትን ይይዛል። ሁለቱም ቁሳቁሶች የየራሳቸውን ጥቅማጥቅሞች ይጠቀማሉ እና ወቅታዊ ኪሳራዎችን እና የንድፍ ውስብስብነትን ይቀንሳሉ ።
በእርግጥ SMC ያለ ድክመቶች አይደለም. መግነጢሳዊው የመተላለፊያ ችሎታው ከሲሊኮን ብረት ያነሰ ነው, በጣም ዝቅተኛ ድግግሞሽ አፕሊኬሽኖች ውስጥ ከፍተኛ ፍሰትን ይገድባል; በተጨማሪም ፣ ተሰባሪ ተፈጥሮው ለ rotor-side አጠቃቀም የሜካኒካዊ ጥንካሬ ግምትን የበለጠ አስፈላጊ ያደርገዋል። ቢሆንም፣ በአክሲዮል ፍሰት ሞተርስ ውስጥ ለሚገኙት ውስብስብ የስታተር ኮሮች ጂኦሜትሪዎች፣ የኤስኤምሲ ጥቅሞች ከጉዳቱ እጅግ የላቀ ነው - ለዚህም ነው የአክሲያል ፍሰት ሞተርስ የንግድ ልውውጥን ለማፋጠን እንደ ቁልፍ ማበረታቻ ተደርጎ የሚወሰደው።.
IV. ማጠቃለያ: ሶስት ቁልፎች, አንድ ተልዕኮ
በመግነጢሳዊ ዑደት መርሆዎች ውስጥ ካለው ፈጠራ (ሃልባች ድርድር እና ባለሁለት የተዘበራረቁ ምሰሶዎች) ፣ የንድፍ ዘዴን እንደገና ማዋቀር (ባለብዙ ዓላማ ጄኔቲክ ስልተ ቀመሮችን እና ዘይቤአዊ ዘዴዎችን) እና በመጨረሻም የቁሳቁስ እና የማምረቻ ምሳሌያዊ ለውጥ (ኤስኤምሲ በቅርብ-ኔት-ቅርጽ መፈጠር) ፣ ከፍተኛ አፈፃፀም ያለው የዘንባባ ለውጥ በሂደት ላይ ያለ ሞተር 'በተሞክሮ የሚመራ' ወደ 'በስሌት የሚነዱ + ቁሶች የሚነዱ'።
የሃልባች ድርድር መግነጢሳዊ ፍሰትን ወደ ታይቶ በማይታወቅ ደረጃ ያተኩራል። ባለ ሁለት-የተጣመመ ምሰሶ አሠራር ትክክለኛ የሞገድ መጨናነቅን ያገኛል; ባለብዙ ዓላማ ጀነቲካዊ ስልተ ቀመሮች እና ሜታሄውሪስቲክ ዘዴዎች በኤሌክትሮማግኔቲክ ፣ በሙቀት እና በማኑፋክቸሪንግ ወጪዎች መካከል ያለውን የፓርቶ-ምርጥ የንግድ ልውውጥን በሰፊ የፍለጋ ቦታ ላይ በብቃት ያገኙታል ። እና SMC የባህላዊ የማኑፋክቸሪንግ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ገደቦችን ይሰብራል፣ ይህም ቀደም ሲል በአካዳሚክ ወረቀቶች ላይ ብቻ ለነበሩ ውስብስብ ጂኦሜትሪዎች የጅምላ ምርት አዋጭነት ይሰጣል። እነዚህ ሶስት ቁልፎች ወደ አንድ ግብ አንድ ላይ ይሰባሰባሉ - አፈጻጸምን ሳያጠፉ፣ አክሲያል ፍሎክስ ሞተሮችን ወደ መኪኖቻችን፣ አውሮፕላኖቻችን፣ ሮቦቶች እና የቤት ውስጥ መገልገያ ዕቃዎች በዝቅተኛ ወጪ፣ በአጭር የሊድ ጊዜ እና ከፍተኛ አስተማማኝነት ለማምጣት።
ለኤንጂነሮች እና ተመራማሪዎች, ይህ ቀጣይነት ያለው የቴክኒካዊ ድንበሮች መስፋፋት ብቻ አይደለም, ነገር ግን ለመያዝ ዋጋ ያለው የንድፍ-ፓራዲም ለውጥ መስኮት ነው.
