Янз бүрийн ажиллагааны нөхцөлд тэнхлэгийн урсгалын моторын роторыг сонгох гол цэгүүд – Хаб мотор, роботын холболт, дрон хөдөлгүүр

Танилцуулга: Парадигмыг 'Цилиндр'-ээс 'Диск' руу шилжүүлэх

Хүмүүс цахилгаан моторын тухай бодоход ихэнх нь статор нь роторыг хааж, соронзон орон нь цацрагаар тархдаг урт цилиндрийг төсөөлдөг. Гэсэн хэдий ч энэхүү ердийн хэлбэрийг үл тоомсорлож буй мотор нь технологийн шинэ хувьсгалыг жолоодож байна тэнхлэгийн урсгалын мотор . Энэ нь сэндвич жигнэмэг шиг авсаархан, бараг хавтгай диск болгон статор болон роторыг шахдаг.

Энэхүү тэгшлэх хувьсгалын гол цөм нь соронзон замын чиглэлийн үндсэн өөрчлөлтөд оршдог. Уламжлалт радиаль урсгалын хөдөлгүүрт соронзон орон нь тэнхлэгээс гадагшаа цацрдаг; тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрт соронзон орон нь тэнхлэгтэй параллель гүйдэг бөгөөд статор ба ротор нь дискний зохион байгуулалттай бие биен рүүгээ чиглэнэ. Энэхүү шилжилт нь гүйцэтгэлийн гайхалтай давуу талуудыг авчирдаг:  ижил материал ашиглах үед тэнхлэгийн урсгалын моторын эргэлт нь роторын диаметрийн кубтай пропорциональ байна (уламжлалт радиаль моторын хувьд энэ нь зөвхөн диаметрийн квадраттай байдаг), эргэлтийн моментийн нягтрал 2-3 дахин нэмэгдэж, үр ашиг нь 96% -иас давсан байна.  Үүний зэрэгцээ түүний тэнхлэгийн урт нь ердийн моторынхоос ердөө 1/3-аас 1/2-тэй тэнцэх бөгөөд ижил хүчин чадлаар эзэлхүүн нь 50% -иас дээш, жин нь ойролцоогоор 40% -50% -иар багасдаг.

Тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрт ийм өндөр чадлын нягтрал ба эргэлтийн моментийн нягтралд хүрэх гол түлхүүр нь роторын бүтцийн ухаалаг дизайнд оршдог. Хэрэглээний янз бүрийн хувилбарууд нь гүйцэтгэлийн тодорхой шаардлагыг тавьдаг бөгөөд роторын соронзон хэлхээний бүтэц, байнгын соронзны материал, топологийг сонгох нь мотор өөрийн давуу талыг бүрэн хэрэгжүүлэх эсэхийг шууд тодорхойлдог. Энэ нийтлэл нь гурван ердийн хэрэглээний хувилбараас эхэлдэг - зангилааны мотор, робот холболт, нисгэгчгүй жолоодлого - роторын сонголтын гол цэгүүдийг системтэйгээр шинжилдэг.

1. Hub Motors: Эргэлтийн моментийн нягтрал ба өргөн хурдны хүрээний хоорондох солилцоо

Хүрээний моторыг дугуйны хүрээ дотор суурилуулсан бөгөөд энэ нь зай маш хязгаарлагдмал байдаг - энэ нь дизайны гол хязгаарлалт юм. Эдгээр нь нэгэн зэрэг өндөр эргүүлэх моментийн нягтрал (эхлэх ба авирах), өргөн хурдны хүрээ (бага хурдтай мөлхөхөөс өндөр хурдтай аялал хүртэл), дулааныг сайн тараах чадвартай байх ёстой.

Роторын бүтцийн сонголтын хувьд зангилааны моторууд нь ихэвчлэн  гадаргуу дээр суурилуулсан болон ороосон (дотоод) төрлийг ашигладаг бөгөөд тус бүр нь өөр өөр дизайны тэргүүлэх чиглэлтэй байдаг. Гадаргуу дээр суурилуулсан байнгын соронз нь роторын үндсэн гадаргуу дээр шууд холбогддог бөгөөд энгийн бүтэцтэй, агаарын зайны урсгалын өндөр нягтралтай, эрчим хүчний дээд нягтралыг эрэлхийлдэг хэрэглээнд тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч том диаметртэй роторын өндөр хурдтай эргэлт нь асар их төвөөс зугтах хүчийг үүсгэдэг бөгөөд гадаргуу дээр суурилуулсан соронзыг бэхлэхийн тулд бэхэлгээний ханцуйвчийг шаарддаг. Энэ нь өндөр бат бэх соронзон бус материалыг шаарддаг бөгөөд ханцуй нь өөрөө агаарын цоорхойг нэмэгдүүлж, улмаар гарцыг бууруулдаг.

Спикер хэлбэрийн (дотоод) байнгын соронзыг роторын дотор суулгасан. Урсгалын концентрациар дамжуулан тэдгээр нь эргэлтийн моментийн нягтрал болон урсгалыг сулруулах хурдыг сунгах чадварыг ихээхэн сайжруулдаг. Жишээлбэл, Жянсу их сургуулийн зохион бүтээсэн STAF-PMSM хигээсийн төрлийн зангилаа мотор нь агаарын зайны өдөөх хэсгийг нэмэгдүүлэхийн тулд хос роторын бүтцийг ашиглан урсгалын концентрацийн өдөөлтийг бий болгодог. Энэ нь 280 Н·м-ийн хамгийн их эргүүлэх момент, 15 кВт-ын хүчийг өгдөг бөгөөд энэ нь дугуйгаар хөтлөгчтэй шинэ эрчим хүчний автомашинуудад тохиромжтой. Түүнчлэн, дотоод бүтэц нь байнгын соронзыг өндөр температур, механик нөлөөллөөс үр дүнтэй хамгаалж, гадаргуу дээр суурилуулсан төрлийн өндөр хурдтай тулгардаг соронз тасрах эрсдлийг даван туулдаг.

Дулааны менежмент нь зангилааны моторын өөр нэг гол сорилт юм. Өндөр хүчин чадалтай ажиллах үед цахилгаан соронзон алдагдал төвлөрч, хөргөлтийн нөхцөл муу байдаг. Энэ нь үр дүнтэй хөргөлтийг бий болгохын тулд алдагдлын шинжилгээнд үндэслэн дулааны үнэн зөв загварчлалыг шаарддаг. Одоогийн байдлаар хос статорт нэг ротортой тэнхлэгийн урсгалын мотор (AFIR) нь хоёр статорын цахилгаан ачааллыг нэмэгдүүлснээр тэжээлийн нягтралыг сайжруулдаг бол буулгагүй тэнхлэгийн урсгалын мотор (YASA) нь төмрийн алдагдлыг багасгахын тулд статорын буулгаг арилгаж, дулааны ачааллыг бууруулж, үр ашиг, эргүүлэх моментийн нягтыг сайжруулж байна.

Ерөнхийдөө зангилааны моторын роторын сонголт нь  эргэлтийн моментийн нягтрал, хурдыг сунгах чадвар, найдвартай байдлыг тэнцвэржүүлэх ёстой . Бага хурдны өндөр эргэлтийн шаардлагын хувьд гадаргуу дээр суурилуулсан эсвэл хигээсийн төрлийн бүтцийг илүүд үздэг боловч өргөн хурдны хүрээ шаардлагатай бол урсгалын концентраци болон урсгалыг сулруулах чадвартай тул хигээсийн төрөл илүү тохиромжтой.

2. Роботын холбоосууд: Бага инерци ба нарийвчлалын хяналтын давхар шаардлага

Робот холболтууд нь зангилааны мотороос ялгаатай шинж чанарыг шаарддаг. Хонго, бэлхүүс, хөл зэрэг том үе мөчний хувьд өндөр эргэлтийн гаралт, хэт хөнгөн жинтэй байх нь үндсэн шаардлага юм - уламжлалт радиаль мотортой харьцуулахад эдгээр хувилбарт тэнхлэгийн урсгалын мотор нь орон зайн эзэлхүүнийг 30% -60%, жинг 30% -иар бууруулж, зарим загвар нь 60% -70% хүрдэг. Бугуй, хуруу гэх мэт жижиг үе мөчний хувьд нарийвчлал, бага инерци нь тэргүүлэх ач холбогдол өгдөг.

Момент-инерцийн харьцаа  нь робот холболтын моторын дизайны гол параметр юм. Судалгаанаас үзэхэд тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн эргэлт нь роторын диаметрийн шоо хэмжээтэй пропорциональ байдаг бөгөөд энэ нь хавтгайрсан холбоосын авсаархан зайд маш бага хурдтай эргэлтийн моментийн гаралтыг олж авах боломжтой бөгөөд нимгэн дискний бүтцийг шууд холболтод суулгаж, дулаан ялгаралтыг хялбаршуулдаг.

Роторыг сонгохдоо роботын холболтууд нь гадаргуу дээр суурилуулсан байгууламжууд эсвэл Халбах массивуудад давуу эрх олгодог. Роторын алдагдал багатай, инерцийн момент багатай гадаргуу дээр суурилуулсан бүтэц нь  илүү хурдан динамик хариу үйлдэл үзүүлэх боломжийг олгодог  - хурдатгалын хариу өгөх хугацааг 15 мс-ээс 5-8 мс хүртэл бууруулах боломжтой бөгөөд энэ нь хурдан эхлүүлэх/зогсоох, зөв ​​байрлалыг шаарддаг роботын хөдөлгөөнд маш чухал юм. Халбах массив нь тодорхой соронзлолын чиглэлийн хэв маягаар дамжуулан нэг талдаа соронзон орныг сайжруулж, нөгөө талдаа үүнийг бараг л болиулж, роторын цөмийг арилгах, роторын инерци болон алдагдлыг цаашид бууруулах боломжийг олгодог.

Соронзон хэлхээний дизайн, байнгын соронзон материалын сонголт нь нарийн хяналт шаарддаг. Тэнхлэгийн урсгалын моторууд нь дугуй хэлбэртэй соронзон схемийг ашигладаг бөгөөд энэ нь уламжлалт радиаль урсгалын хөдөлгүүрүүдийн радиаль схемтэй харьцуулахад соронзон замын уртыг богиносгож, эргэлтийн моментийн нягтыг нэмэгдүүлдэг. Түүнчлэн, роботын холбоосууд нь ихэвчлэн бууруулагч эсвэл бүр бараг шууд хөтөч (QDD) схемийг агуулдаг тул илүү өндөр албадлага болон дулааны тогтвортой байдал шаардлагатай байдаг. Өртөг зөвшөөрөгдсөн тохиолдолд диспрозиум, тербиум зэрэг хүнд ховор элемент агуулсан өндөр коэрцивын зэрэглэл нь ашиглалтын явцад урвуу соронзон орны соронзжилтоос үр дүнтэй сэргийлж чадна.

16-18 мм-ийн хэмжээтэй жижиг холболтын хувьд ПХБ төрлийн тэнхлэгийн урсгалын мотор нь өвөрмөц давуу талыг харуулж байна. Уламжлалт зэс ороомгийн оронд эш татан сийлбэрийг ашиглах нь үйлдвэрлэлийн өндөр тогтвортой байдал, төмрийн алдагдал бага, хэт хөнгөн байдлыг санал болгодог.

3. Нисгэгчгүй жолоодлого: Эрчим хүчний нягтрал ба дулааны соронзжилтын эсэргүүцлийн асар их сорилтууд

Нисгэгчгүй жолоодлогын системүүд үндсэн зөрчилтэй тулгардаг:  илүүдэл грамм жин бүр нислэгийн хугацааг багасгаж, температурын өсөлт бүр хүчийг бууруулдаг . Өгөгдөлөөс харахад хүч ба жингийн харьцаа 25:1-ээс дээш тэнхлэгийн урсгалтай моторын хувьд жинг 1 кг-аар бууруулах нь зайг 10 км-ээр нэмэгдүүлэх боломжтойг харуулж байна. Тиймээс хөнгөн жинтэй, өндөр эрчим хүчний нягтрал нь дрон хөдөлгүүрт хөдөлгүүрийн дизайны үндсэн шалгуур юм.

Эрчим хүчний нягтралын хувьд тэнхлэгийн урсгалын мотор нь дрон хөдөлгүүрт асар их давуу талыг харуулдаг. Тэдний эзлэхүүний эрчим хүчний нягтрал нь хүрч  14.9 кВт/кг , уламжлалт радиаль мотороос хамаагүй өндөр байна. Хэмжсэн эрчим хүчний нягтрал нь  5.8-аас 21 кВт/кг , эргүүлэх моментийн нягтрал нь  15-25 Нм/кг байна . Хамгийн сүүлийн үеийн 'Yufeng' T-цуврал тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн систем нь тасралтгүй 10 Нм/кг эрчим хүчний нягт болон 20 Нм/кг оргил моментийн нягтралд хүрдэг бөгөөд энэ нь жолоодлоготой eVTOL болон нийлмэл далавчтай дрон зэрэг дэвшилтэт нисэх онгоцны шууд жолоодлогод тохиромжтой.

Эрчим хүчний нягтралаас гадна нисгэгчгүй хөдөлгүүрт хөдөлгүүрүүд нь өндөр температуртай орчинд соронзгүй болох эрсдэлтэй тулгардаг. Нислэгийн үед моторууд удаан хугацаанд өндөр хүчин чадалтай ажилладаг бөгөөд энэ нь ороомог болон байнгын соронзны температурын огцом өсөлтийг үүсгэдэг. Хэрэв номлолд зуны халуунд эсвэл цөлийн бүсэд явагддаг бол орчны температур болон өөрөө халаалт хосолсон нь байнгын соронзыг соронзгүйжүүлэхэд ихээхэн бэрхшээл учруулдаг.

Байнгын соронзон материалын сонголт нь дрон моторын өндөр температурын найдвартай байдалд шууд нөлөөлдөг.  Нийтлэг байнгын соронзтой материалуудын дотроос неодим-төмөр-бор (NdFeB) нь хамгийн өндөр соронзон гүйцэтгэлийг санал болгодог боловч стандарт төрлийн (N цуврал) нь зөвхөн 80-100 ° C-ийн хамгийн их ажиллах температуртай байдаг бөгөөд 200 ° C-аас дээш температурт эргэлт буцалтгүй соронзон алдагдал үүсч болно. Өндөр албадлагын NdFeB зэрэглэлүүд (SH, UH, EH, AH цуврал) нь 150-240 ° C хүртэл ажиллах боломжтой боловч өндөр температурт тогтвортой байдал нь самари-кобальтаас (SmCo) доогуур хэвээр байна. SmCo соронз нь аас дээш температурт тогтвортой ажиллах боломжтой  300 ° C- бөгөөд Кюри температур 720 ° C-аас дээш байдаг бөгөөд тэдгээрийн соронзон шинж чанар нь NdFeB-ээс 1/4-1/3-аар л хэлбэлздэг. Сул тал нь бага зэрэг бага соронзон эрчим хүчний бүтээгдэхүүн, өндөр өртөгтэй байдаг. Хэрэглэгчийн дронуудын хувьд өндөр үзүүлэлттэй NdFeB нь ихэнх хэрэгцээнд хангалттай байдаг; гэхдээ өндөр температур, өндөр хүчин чадалтай нөхцөлд үйлдвэрийн дрон болон жолоодлоготой eVTOL-ийн хувьд SmCo нь өртөг өндөртэй хэдий ч найдвартай байдлын хувьд зайлшгүй шаардлагатай сонголт юм.

4. Роторын төрлүүдийн тухай товч тойм: гадаргуу дээр суурилуулсан ба дотоод засал зэргийг харьцуулах

Дээрх дүн шинжилгээнд үндэслэн тэнхлэгийн урсгалын моторын үндсэн роторын бүтцийн төрлийг дараах хүснэгтэд нэгтгэн үзүүлэв.

5. SDM: Гадарга дээр суурилуулсан тэнхлэгийн урсгалын моторын роторын гол драйвер

Гурван үндсэн хувилбарт ротор сонгох гол цэгүүдэд дүн шинжилгээ хийсний дараа бид үндсэн элемент болох  өндөр хүчин чадалтай байнгын соронз ба гадаргуу дээр суурилуулсан роторын байгууламжийн инженерийн чадавхид хүрнэ . SDM-ийн техникийн давуу тал яг энд л оршдог.

SDM нь соронз, соронзон шийдэлд төвлөрсөн, мэргэжлийн соронз үйлдвэрлэх чиглэлээр 16 жилийн туршлагатай үндэсний өндөр технологийн үйлдвэр юм. Тус компани нь Хятадын ховор элементийн хамгийн том үйлдвэр болох 'China Aluminium'-тай стратегийн хамтын ажиллагаатай бөгөөд газрын ховор элементийн түүхий эдийг тогтвортой, найдвартай хангадаг. Үүний зэрэгцээ, SDM нь хамтран гүнзгийрүүлсэн судалгаа хийж  Хятадын Шинжлэх Ухааны Академитай  , хязгаарлагдмал элементийн шинжилгээ (FEA) дээр хэрэглэгчидтэй хамтран ажиллаж, соронзон хэлхээний дизайны эхэн үеэс эхлэн үнэн зөв загварчлалын дэмжлэг үзүүлж, улмаар хөгжүүлэлтийн мөчлөгийг богиносгож, туршилт, алдааны зардлыг бууруулдаг.

Гадаргуу дээр суурилуулсан тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн роторын салбарт SDM нь системчилсэн үйлдвэрлэл, дизайны давуу талыг санал болгодог.

Нэгдүгээрт, өндөр түвшний гэрчилгээ бүхий үйлдвэрлэлийн иж бүрэн систем.  Тус компани нь IATF 16949 (автомашины чанарын удирдлагын тогтолцоо) стандартыг эзэмшиж, 2010 оноос хойш General Motors-ын 2-р зэрэглэлийн ханган нийлүүлэгчийн хувьд тэг согоггүй (0 PPM) рекордыг хадгалсаар ирсэн бөгөөд ISO 9001, ISO 14001, ISO 45001, нүүрстөрөгчийн ул мөр, BSCI гэрчилгээтэй. Түүний бүтээгдэхүүнүүд нь RoHS, REACH, SGS туршилтын шаардлагад нийцдэг. Энэ нь байнгын соронзны багц бүр нь түүхий эдийг хянахаас эхлээд эцсийн бүтээгдэхүүний тээвэрлэлт хүртэл чанарын хатуу хяналтанд ордог гэсэн үг юм.

Хоёрдугаарт, гадарга дээр суурилуулсан роторын бүтцийн хувьд боловсорсон нэгдсэн технологийн технологи.  Тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрт гадаргуу дээр суурилуулсан байнгын соронзон роторын диск нь инженерийн гурван гол бэрхшээлийг нэгэн зэрэг шийдвэрлэх ёстой:  соронзыг өндөр бат бэхээр бэхлэх, өндөр хурдтай ажиллахад тогтвортой байдал, үйлдвэрлэх / угсрах . SDM нь өндөр албадлагын NdFeB зэрэглэл, SmCo цуврал зэрэг соронзон материалын янз бүрийн сонголтыг санал болгодог. Энэ нь роторын эргүүлэг гүйдлийн алдагдлыг багасгахын зэрэгцээ өндөр хурдтай ажиллах үед соронзон байрлалыг найдвартай тогтоохын тулд алдагдал багатай, өндөр бат бэх полимер пресс хавтан / бэхэлгээний хүрээ, роторын арын төмөр, карбон файбер бэхэлгээний ханцуйг хослуулан ашигладаг. Энэхүү шийдэл нь роторын алдагдал бага, бүтцийн өндөр бат бэх, угсрах сайн боловсруулалт зэрэг цогц давуу талтай гэдгээ баталсан.

Гуравдугаарт, дээд түвшний хувийн тохиргоог дэмждэг дээд түвшний техникийн баг.  бүтээсэн техникийн багт  Хятадын Шинжлэх Ухааны Академийн соронзон материалын мэргэжилтнүүдийн 2 доктор, 5 магистр, 8 ахлах инженер, 80 гаруй инженер техникийн ажилтан багтжээ. Тус компани нь хотын R&D төв болон докторын дараах ажлын байрыг байгуулсан. Тиймээс SDM нь ердийн соронз үйлдвэрлээд зогсохгүй янз бүрийн ажлын нөхцөлд (төв мотор, робот холболт, дрон хөдөлгүүр), соронзны зэрэг сонгох (хэт өндөр албадлагын NdFeB N/M/UH зэрэглэл, SmCo5 / Sm-Ко-кальгины цуваа, температурыг арилгах, температурыг арилгах) зэрэг янз бүрийн ажлын нөхцөлд соронзон хэлхээний бодит шаардлагад бүрэн процессын техникийн шийдлүүдийг гаргаж чаддаг. симуляци.

Дөрөвдүгээрт, аж үйлдвэр, их сургууль, судалгааны хамтын ажиллагаа, өргөн хүрээний бүтээгдэхүүний багц.  SDM нь Нинбо Материалын Технологи, Инженерийн Институт (CAS) болон Баруун Өмнөд Жяотонг Их Сургуультай хамтран ажилладаг бөгөөд соронзон материалын дэвшлийг тасралтгүй хянаж байдаг. Бүтээгдэхүүний хүрээ нь микро моторын статор ба ротор, маглев мотор, мэдрэгч, резолютор, оптик тусгаарлагч, байнгын соронз ба зөөлөн соронзон эд ангиудыг хамардаг бөгөөд янз бүрийн салбар дахь моторын загварт нэг цэгийн соронзон материалын дэмжлэг үзүүлдэг.

Дүгнэлт

Тэнхлэгийн урсгалын мотор нь хавтгай бүтэцтэй, эрчим хүчний нягтралаараа цахилгаан тээврийн хэрэгсэл, хүн дүрст робот, нам өндөрт нисэх онгоцны эрчим хүчний бүтцийг дахин тодорхойлж байна. 'Моментийн нягтрал' ба 'хөнгөн жин' дээр төвлөрсөн энэхүү технологийн уралдаанд роторын бүтцийн дизайн, байнгын соронзон материалын чанар нь доод хязгаарыг тогтоодог бол гадаргуу дээр суурилуулсан бүтэц нь  энгийн загвар, хурдан динамик хариу үйлдэл, өндөр эргүүлэх моментийн нягтралаараа  роботын холболт, бага хурдтай жолоодлого, өндөр эргэлтийн хүч болон бусад хэрэглээнд орлуулшгүй байр суурийг эзэлдэг.

Соронзон хэлхээний топологийг нарийн оновчлохоос эхлээд байнгын соронзтой материалын өндөр температурт тогтвортой байдлын дизайн хүртэл зөвхөн үндсэн материалын технологи, роторын үйлдвэрлэлийн процессыг бүрэн эзэмшсэнээр л зах зээлийн ширүүн өрсөлдөөнд жинхэнэ шуудууг бий болгож чадна. SDM нь үндэсний өндөр технологийн аж ахуйн нэгжийн итгэмжлэл, байнгын соронзны чиглэлээр 16 жилийн хуримтлуулсан туршлага, CAS-ийн шинжээчдийн багийн техникийн дэмжлэг, системчилсэн чанарын удирдлагын тогтолцоо зэрэг нь гадаргуу дээр суурилуулсан тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн роторын өндөр найдвартай, өндөр гүйцэтгэлийн бат бөх суурийг бүрдүүлдэг. Хаб моторын өргөн хүрээний хурдны сорилт, робот холболтын инерцийн нарийвчлал багатай хяналтын шаардлага, эсвэл нисгэгчгүй онгоцны хөдөлгүүрт эрчим хүчний нягтрал, соронзон тайлах эсэргүүцэл зэрэгт тавигдах онцгой шаардлага байдгаас үл хамааран SDM нь материалаас симуляци хүртэлх бүрэн процессын инженерийн шийдлүүдийг санал болгодог - яг л хөдөлмөрийн тэнхлэгийн урсгалаас том хэмжээний хөдөлгүүр рүү хөдөлгөдөг зайлшгүй хөдөлгөгч хүч.