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Flache Zukunft: Wie können Axialmotoren im Luftfahrt- und Automobilbereich eine ultrahohe Leistungsdichte beweisen?
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie steigt die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und Elektroflugzeugen von Tag zu Tag. Eine der bedeutenden technologischen Entwicklungen ist der Einsatz von Axialmotoren (Axial Flux Motor, AFM). Bei dieser Motorstruktur ist die Richtung des Spalts zwischen Rotor und Stator parallel zur Rotationsachse. Im Gegensatz zum herkömmlichen Radialmotor wächst das Drehmoment mit der dritten Potenz des Rotordurchmessers sorgt für eine bessere Leistungsdichte. Ein solches Design verbessert nicht nur die Leistung, sondern zeigt auch großes Potenzial für eine Vielzahl von Anwendungen, von Elektrofahrzeugen bis hin zu Elektroflugzeugen.
Axialmotoren haben eine größere magnetische Oberfläche und Gesamtoberfläche und bieten eine deutlich bessere Kühlung bei gegebenem Volumen als Radialmotoren.
Eigenschaften des Axialmotors
Das Design von Axialmotoren bietet mehrere Vorteile. Erstens kann ein Motor durch Hinzufügen von Spulen und Lagern auf jeder flachen Struktur, beispielsweise einer Leiterplatte (PCB), aufgebaut werden. Dieses Design vereinfacht den Spulenwickelprozess und ermöglicht die Verwendung flacher rechteckiger Kupferstreifen anstelle komplexerer Wickelmethoden, wodurch das Hochstromwickeln einfacher wird.
Zweitens kann der Rotor eines Axialmotors oft leichter ausgelegt werden, und da der Magnetkreis kürzer ist, ist es oft möglich, Elektrostahl mit orientierter Körnung zu verwenden, was nicht nur die magnetische Permeabilität erhöht, sondern auch Kernverluste reduziert . Dieses Design hat jedoch auch seine Grenzen, wie z. B. eine ungleichmäßige Magnetflussverteilung, die zu einer instabilen Leistung führen kann.
Design und Anwendung
Konstruktiv gesehen können Axialmotoren Einzel- oder Doppelrotoren verwenden und können auch zwischen Einzel- und Doppelstatoren wählen. Typischerweise ist bei Hochleistungsanwendungen ein Doppelstator-Einzelrotor-Design üblicher, obwohl hierfür ein Gehäuse erforderlich ist, das Kernverluste aufnimmt. Im Gegensatz dazu kann das Einzelstator- und Doppelrotor-Design das Gewicht des Gehäuses einsparen und die Effizienz verbessern.
Der 37 kg schwere, stapelbare 750 R-Motor von YASA bietet eine Leistungsdichte von über 5 kW/kg und sticht damit auf dem Markt hervor.
Es ist erwähnenswert, dass der Einsatz von Axialmotoren zwar bereits in der Entwicklungsphase elektromagnetischer Motoren begann, ihr Anwendungsbereich jedoch relativ begrenzt war, bevor leistungsstarke Permanentmagnetmaterialien allgemein verfügbar waren und die Technologie bürstenloser Gleichstrommotoren entwickelt wurde. Mit der steigenden Nachfrage in den letzten Jahren hat sich der Einsatz von Axialmotoren im Bereich Elektrofahrzeuge beschleunigt.
Veränderungen im Automobil- und Luftfahrtsektor
Im Automobilbereich wurden die Produkte von YASA in einer Vielzahl von Konzept- und Prototypautos eingesetzt und sind in Hochleistungssportwagen wie dem Koenigsegg Regera und dem Ferrari SF90 Stradale montiert. Ziel von YASA ist die Entwicklung eines Motors mit einer Leistung von 220 Kilowatt pro Kilogramm, was für die Verbesserung der Leistung von Elektrofahrzeugen von entscheidender Bedeutung ist.
Im Luftfahrtbereich verwendet das Elektroflugzeug ACCEL von Rolls-Royce drei Axialmotoren und stellt den aktuellen Geschwindigkeitsweltrekord für Elektroflugzeuge auf. YASA liefert Axialmotoren für Rolls-Royces Spirit of Innovation-Flugzeuge mit dem Ziel, eine Leistungsdichte von 50 kW/kg zu erreichen, um der massiven Gewichtsreduzierung gerecht zu werden, die für den elektronischen Flug erforderlich ist.
Das Design von Axialmotoren ermöglicht nicht nur das Erreichen höherer Leistungsdichten in Elektrofahrzeugen und Flugzeugen, sondern verändert auch weiterhin unsere Vorstellung von elektrischem Reisen.
Zukunftsaussichten
Mit Blick auf die Zukunft ist das Entwicklungspotenzial von Axialmotoren weiterhin enorm. Verschiedene Unternehmen wie Emrax und Siemens haben begonnen, effizientere Axialmotoren zu erforschen, damit diese in verschiedenen Arten von Anwendungen gute Leistungen erbringen können. Angesichts der rasanten Entwicklung des Elektrotransports auf der ganzen Welt könnte die kontinuierliche Innovation und Anwendung dieser Technologie zu einem wichtigen Trend im zukünftigen Transportdesign werden.
Wie könnte der Einsatz solcher Motoren angesichts des technologischen Fortschritts letztendlich unseren Lebensstil und unsere Transportsysteme weiter verändern?
