Cinco tecnologias principais do motor de fluxo axial

Os motores de fluxo axial podem atingir um torque de saída mais elevado

Motores de fluxo axial, também conhecidos como “motores de disco,” diferem dos motores de fluxo radial convencionais, pois seu trajeto de fluxo magnético é plano, com a direção do campo magnético do entreferro paralela ao eixo do motor.

A principal vantagem técnica dos motores de fluxo axial reside na sua estrutura, na qual o rotor giratório está posicionado ao lado do estator (e não dentro dele). Isso permite um diâmetro maior do rotor. Como o torque é igual à força multiplicada pelo raio, é possível obter um torque de saída maior com a mesma força aplicada.

Isso significa que, com a mesma quantidade de materiais de ímã permanente e fio de cobre, os motores de fluxo axial podem atingir um torque de saída mais elevado. Ao contrário dos motores de fluxo radial tradicionais, os motores de fluxo axial incorporam principalmente cinco tecnologias-chave.

1. Pesquisa sobre configuração topológica

Com base no número de estatores e rotores, em suas posições relativas e no caminho magnético principal, as estruturas topológicas básicas podem ser classificadas em quatro tipos: estator único e rotor único, estatores duplos e rotor único, estator único e rotores duplos, e estruturas multidisco. A seleção de uma topologia estrutural adequada deve ser avaliada com base em cenários de aplicação específicos, processos de fabricação e fatores de custo. Atualmente, na indústria de acionamentos elétricos automotivos, é realizada uma análise abrangente do desempenho, da viabilidade do processo e do custo de vários tipos de motores de fluxo axial, com foco na adoção das estruturas de estator duplo e rotor único e de estator único e rotor duplo.

2. Novo design de desempenho 3D do motor

Os motores de fluxo radial tradicionais seguem um trajeto de fluxo magnético bidimensional não linear, enquanto os novos motores de fluxo axial apresentam um trajeto de fluxo magnético tridimensional. Portanto, ao realizar o projeto de simulação de desempenho, é essencial levar em conta as diferenças entre os dois e construir modelos que aumentem a precisão com base em suas respectivas características.

Para o novo tipo de motor de fluxo axial, pode-se empregar uma simulação 3D multifísica de campos interligados, juntamente com um projeto de otimização abrangente do esquema eletromagnético voltado para múltiplos objetivos. Melhorar continuamente a eficiência computacional do projeto do motor de fluxo axial e aprimorar a precisão dos recursos de simulação virtual, conforme ilustrado no projeto de desempenho 3D do motor de fluxo axial.

3. Tecnologia de desenvolvimento de aplicações de novos materiais

Para o desenvolvimento das estruturas do estator, são utilizados materiais de polieteretercetona (PEEK) de alta resistência e alto isolamento;

Para dissipação de calor e resfriamento, foram desenvolvidos materiais de encapsulamento e preenchimento à base de resina epóxi de alta resistência e alta condutividade térmica, com o objetivo de melhorar a capacidade de dissipação de calor do corpo do motor e evitar a desmagnetização dos ímãs permanentes em altas temperaturas. Conforme mostrado abaixo, os enrolamentos do estator do motor de fluxo axial são encapsulados com resina epóxi;

Para o desenvolvimento de núcleos laminados tanto para o estator quanto para o rotor, são utilizados materiais compósitos com alta permeabilidade magnética e baixas perdas, tais como o composto de moldagem em folha (SMC), ligas amorfas e aço silício orientado. O material SMC apresenta características de fácil moldagem e processo de tratamento térmico simples, tornando-o adequado para produção em massa. Ao mesmo tempo, devido à sua fácil moldabilidade, ele também pode ser utilizado na tecnologia de impressão 3D para tornar o design inovador dos motores mais flexível e diversificado. Para atender aos requisitos de alta resistência do estator e do rotor, foi desenvolvido um processo de fixação e reforço do enrolamento com fibra de carbono para compensar as propriedades físicas dos ímãs permanentes, que apresentam baixa resistência à tração.

4. Pesquisa em processos avançados de fabricação

Para o desenvolvimento de bobinagens, são utilizados condutores de cobre de seção retangular, bobinagens concentradas helicoidais e processos de bobinagem contínua multipolar. Para o desenvolvimento de ímãs permanentes, são implementados processos de instalação com fixação segmentada de baixa perda e de proteção contra desmagnetização do jugo dos pólos magnéticos. Para o desenvolvimento de núcleos de estator, são desenvolvidos processos de emenda de armadura segmentada sem jugo e de fabricação por metalurgia do pó fixa sem parafusos, que se integram às tampas das extremidades. Para atender às demandas da produção em lote, foi desenvolvida tecnologia de montagem automatizada para estatores e rotores, incluindo a produção automatizada de bobinas formadas por condutores planos e processos de linha de produção automatizada flexível.

5. Pesquisa sobre estratégias de controle de torque e controle magnético fraco

Investigar os modelos matemáticos dos sistemas de coordenadas do estator e do rotor, construir um modelo de simulação do sistema e estudar novas estratégias de controle preditivo de torque com modelo de vetor duplo para reduzir a ondulação do torque e melhorar o desempenho do controle de torque. Com foco na estrutura de montagem superficial dos ímãs permanentes do motor de fluxo axial, onde as indutâncias dos eixos de quadratura e direto do motor são numericamente muito pequenas, tornando o controle vetorial desafiador e o circuito magnético propenso à saturação, desenvolver estratégias de controle para melhorar o desempenho magnético fraco.

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