下一款主流电机：如何设计制造让Traxial轴向磁通电机胜出
轴向磁通电机被誉为电动汽车推进的未来，它比径向磁通电机更紧凑、更轻，功率和扭矩密度也更高。到目前为止，轴向磁通电机的制造难度极大，但 Magnax 的子公司 Traxis 正致力于通过一种新的设计方法改变现状，让轴向磁通电机成为主流。 这家总部位于比利时的公司对其发动机采用了面向制造的设计方法，从而产生了一种解决方案，可以最大限度地减少所需的零件数量，最大限度地提高装配自动化的简易性，最大限度地减少材料的使用，并确保在大规模生产中能够达到关键的公差。对制造和装配设计的关注也是电机内部几项关键创新发展的关键Traxis 的运营和系统工程经理 Gianluca Lioce 解释道：“目前，在原型设计阶段，没有自动化，我们每天只需 4 个人就能生产出 2 台样品电机。凭借现有设备和更多资源，我们每年可以生产 3000 台电机，这可以支持制造合作伙伴扩大规模。“未来，我们一定可以达到一定的自动化水平，从而实现标准的生产率。我们必须考虑机器人而非人类能够处理的容差，因此这是性能和可制造性之间的折衷。从历史上看，轴向磁通电机的定子非常难以生产，但在 Traxis，所有部件都经过精心设计，以便将来轻松实现自动化。”轴向磁通电机设计方法轴向磁通电机有两种不同的设计方法：两个转子配一个定子或一个转子配两个定子。两个转子的设计称为“无轭”轴向磁通电机，可最大程度地发挥该设计的优势。在无轭轴向磁通电机中，磁通沿轴向（沿旋转轴）穿过转子和定子之间的气隙。这种设计有利于缩短磁通路径，并更直接地向转子施加力。由于轴向磁通电机通常具有两个转子夹着一个定子的特点，因此与单侧设计相比，它有效地将磁相互作用的有效表面积增加了一倍，而电机的体积或重量并没有显著增加。这导致更高的扭矩密度，因为电机可以在单位体积内产生更大的扭矩。这是 Traxis 采用的设计，被认为最有可能彻底改变电动汽车市场。与现有电动汽车电机相比，Traxial 电机的扭矩密度和功率密度分别可提高 3 倍和 2 倍，而且最重要的是，它采用的电机轴长约为典型径向磁通设计的三分之一。这样可以降低电机重量，让电动汽车制造商可以更自由地实施紧凑型双电机 EDU 设置以实现扭矩矢量控制，从而对驾驶动态产生积极影响。这种设计带来了显著的好处，但也带来了制造方面的挑战。其中包括转子和定子之间的气隙需要的极端公差、较高运转速度引起的离心力以及由于电机绕组位于电机内部深处而产生的热量的消散。然而，最大的挑战是“无轭”单定子 - 双转子拓扑结构，这需要一种创新的方式来定位和固定定子齿。这是 Traxis 率先采用新技术的关键领域之一，创造了一种独特的设计，Lioce 称其仍是“商业机密”，但关键的是，这种设计成本低廉，易于实现自动化制造。Traxis 创新Traxis 目前已进入第二代机器，与第一代设计相比，其零件数量已减少了 30%。技术战略和商业化总监 James Byatt 表示，这是其成功的关键，他解释说：“从 OEM 的角度来看，有两个因素会影响制造成本：材料重量和零件数量。简单来说，轻型电机的材料成本较低，而所需不同零件的数量对供应链的采购、管理费用和物流有很大影响。零件数量越少，制造电机的制造步骤就越少。这对总成本至关重要。”电机绕组Traxial 设计具有独立的定子铁芯，每个定子铁芯上都缠绕有独立的扁平铜线线圈。这样就将绕线和装配过程完全分开，使其在自动化方面非常高效。同时，减少的铜悬伸使铜的使用效率提高了 50%，从而减轻了材料重量。“在我们的设计中，绕组和铁芯绝缘层都是非常简单的部件，然后就是铁芯本身，”Lioce 解释道。“所有绕组都采用激光焊接到母线上，制造过程可以使用机器人激光焊接机实现自动化，这是当今每个 OEM 在生产中使用的标准设备。”冷却系统和翻盖核心该设计的关键是将单个定子齿固定到位的翻盖（左下）。这不仅克服了无轭设计中定子定位的挑战，还与“直接油冷”设计（右下）相结合，其中冷却液在每个绕组之间以及沿着金属定子铁芯的侧面流动。“翻盖式概念将整个定子固定在一起，因此它是一个关键部件。它不是一个容易制造的部件，但可以通过注塑成型进行批量生产。我们以这种方式生产它，同时收集了该工艺的所有经验。更重要的是，除了工具投资外，成本非常低，因为它只是材料重量。最后，我们组装所有其他部件，并围绕它设置一组公差。”转子结构与气隙公差保持定子和转子之间一致的气隙是最后一个挑战，使用两个转子意味着需要处理两个气隙。通过优化轴承设置和轴向气隙控制，这个问题已经得到解决。Lioce 总结道：“我们的轴承设置非常坚固，即使在较高速度下，我们也能满足并保持气隙公差 “我们根据公差进行了 DFMEA（设计故障模式和影响分析）和 PFMEA（工艺故障模式和影响分析），以评估气隙可能产生的极端变化。此外，我们还进行了测试，并以最糟糕的方式生产零件，以测试该条件下的电机，但它仍然完全正常！”转子盘的创新之处在于磁铁在高速下保持原位的方式，经过多次迭代才设计出一种在更高速度下也能稳定工作的设计。Traxis 目前计划最初针对 E、F 和 S 级车辆制造商，但如果商业案例合理，也对其他细分市场和行业的机会持开放态度。典型的 eMobility 客户预计是那些需要紧凑、轻便且高功率输出的电机的客户，并且有一个明确的愿景，即这项技术将很快为我们所有人看到和使用的车辆提供动力。原文网址：https://www.emobility-engineering.com/traxial-axial-flux-motors/ 免责声明：以上观点仅代表作者个人看法，与本平台无关。文档版权归Traxis 公司所有，分享本文仅供学习参考，切勿用于商业用途，如涉及版权问题，请第一时间告知我们删除，非常感谢。 来源：电动新视界
