轴向磁通电机关键技术综述

2o25(3rd)ChinaNewEnergyElectricDriveSystemTechnologyDevelopmentConference 轴向磁通电机关键技术综述 Review on Key Techniques for Axial Flux PM Machinesl西莫 郭保成副教授南京师范大学黄允凯教授东南大学0l西莫 研究团队 黄允凯 东南大学电气工程学院副院长教授/博导 东南大学/悉尼科技大学联合培养博士研究方向：特种电机设计与控制、分布式发电系统、全电化交通工具 姚宇 东南大学讲师 东南大学副教授 东南大学/代尔夫特理工联合培养博士 研究方向：电机驱动技术 南京师范大学副教授 南京工业大学讲师 东南大学博士、博士后研究方向：轴向磁通永磁电机设计，永磁电机多物理场计算方法与理论研究 东南大学博士研究方向：高速永磁电机设计 研究方向 1.高速、高功率密度电机设计 2.轴向磁通电机设计与优化 3.其他类型电机设计 4.高性能无位置传感器控制技术 5.高速永磁电机的谐波损耗抑制技术 6.用于高速电机的手动式磁易浮轴承设计与控制技术 7.高品质伺服控制技术 8.基于智能算法的电机系统状态监测与故障诊断 相关书籍 译著:J.F. Gieras, R.-J.Wang, and M J.Kamper,Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines,2nd edition.NewYork: Springer,2008. 译著:T.A.Lipo, Introduction to AC machine design.in IEEE Press series on power engineering.Hoboken,NewJersey:IEEEPress/Wilev.2017.simosimo承接电机人深联电机人 Contents目 轴向磁通永磁电机背景西莫 二电机特点及应用场景 三、轴向磁通电机关键技术 四、发展趋势与方向simosimol西莫 轴向磁通永磁电机背景 1.1 背景 >1889年，尼古拉·特斯拉（NikolaTesla）就探索并获得了轴向磁通技术的专利从电磁学角度看，轴向磁通电机拓扑结构相较于传统的径向磁通永磁电机具有显著优势：由于径向磁通电机在设计和构建上更为简单，且在当时的技术条件下表现良好。simo电机人 轴向磁通永磁电机背景 1.2发展过程西 Contents目 轴向磁通永磁电机背景西莫 二电机特点及应用场景 三、轴向磁通电机关键技术 四、发展趋势与方向simosimol西莫 电机特点及应用场景 轴向？：径向？ 轴向磁通永磁电机拓扑结构相对手富，单、双结构及复式结构如何根据实际需求，选取合适类型的电机？如何在径向与轴向电机之间选取？轴向与径向电机之间经过合理的假设，可以相互转换。simol西莫 电机特点及应用场景 尺寸方程通解 >尺寸方程表达式一致，Dg与Le为基本参数>A-B-C准则普适轴-径向电机；仅在尺寸发展方向上存在差异衍生出以下形式。西曼西莫 电机特点及应用场景 通用对比 > T=300Nm, As*Jpk=Const, Do=Const. Double Topology Axial Flux (DTAF) 内转子电机适用性最高，尺寸约束最小：轴向磁通永磁电机在扁平结构下可发挥最大优势：DTAF（双定子/转子结构）功率密度一致，高于其余拓扑结构。 电机特点及应用场景 对比西莫 电机特点及应用场景s YASA电机，Mercedes-Benz 轴向磁通永磁电机在高端EV车型中应用，奔驰地AMGC590 搭载英国YASA电机，480马力（约360千瓦）扭矩为800Nm，电机重量约为24kg。cimol西莫 整机功率密度：15kW/kg整机转矩密度：33.33Nm/kg 电机特点及应用场景 前轴双电机，每台最大功率150马力，扭矩300Nm，重量仅17.3kg，最高转速10krpm。西 Artura的电动机重量仅为15.4公斤这款电动机的最大功率输出为95马力，扭矩225Nm。西莫 整机转矩密度：17.3Nm/kg 整机转矩密度：14.6Nm/kg 单台"暗物质"电机（DarkMatter）是径向磁通+轴向磁通混合设计可输出789马力、1250Nm扭矩，重量仅40kg。 该动力单元继承自梅赛德斯-AMG顶级性能车型的技术基因经特殊调校后实现817马力的功率输出。simol西simo 整机转矩密度：31.25Nm/kg 电机特点及应用场景 Evolito电机，Rolls-Royce 轴向磁通永磁电机在低空飞行器中应用，Rolls-Royce合作simol西莫 Maximum TO Torque:1450Nm160kWMaximum Cruise Torque (continuous)1200NmMaximum Cruise Power(continuous)up to 100.kMax Spood:2500 rpmMass:35kgSizo:440mmx.110mmimol西 Peak Torque (30 seconds):230NmPeak Power (30 saconds):230kww9500rpmMaximumCruieeTorque (continuous):200NmMaximumCrulsePower(continuous):207kw9500.rpmMax Speed:10,000 pmMass (without covers):8.3kg西莫Sire (without covers):315mm(D)x126mm(L) 整机功率密度：:28kW/kg 电机特点及应用场景 其他应用场景 电机特点及应用场景 法雷奥 Contents目 轴向磁通永磁电机背景西莫 二电机特点及应用场景 三、轴向磁通电机关键技术 四、发展趋势与方向simosimol西莫 三、 关键技术 关键技术 电磁： 拓扑结构研究与新材料应用开发技术， 需要3D性能设计与优化，用于AF标准的解决方案。转矩与弱磁控制研究，双量模型预测控制 西美 热管理： 双定子/转子结构，中间部件两侧气隙，散热路径与散热方式，S 油冷系统密封性问题， 先进制造工艺 实现自动化生产和大规模制造的道路是比较困难。 原型设计和手工制造，带来的结果就是：价格相当昂贵，五 电磁计算 高效计算方法 >初始尺寸选取：尺寸方程（Excel）快速优化校核：解析子域（考虑饱和）；MEC（复杂几何形状）；混合模型快速热校核：LPTN（稳态、瞬态、不同热管理方式）simol西莫 电磁计算 计算优化技术 电磁计算s 联合控制仿真技术 不同控制方式对电机性能的影响向（Eff.Max控制等）：>精细化仿真，PWM谐波损耗等。（更长仿真时间）。simsim 课题组相关研究内容 AFPM电机应用 各种类型转子招耐扑、定子铁心材料、单双边、无铁芯盘式电机： Contents目 轴向磁通永磁电机背景二电机特点及应用场景西莫三、轴向磁通电机关键技术四发展趋势与方向simosimol西莫 四、发展趋势与方向sim 发展方向： 1)高转矩密度：进一步提升转矩，！转矩密度大于25Nm/kg2高功率密度：进一步提高转速，功率密度大于15kW/kg。(3高效率：在不牺牲尺寸情况下，效率大于98%。nomol西 攻克难点： ①产业化难点：产业链不完善：制造精度要求高：材料、工艺复杂导致成本高。②热管理难点：如何增加轴向磁通永磁电机散热性能 ③ 高速化难点：加工精度与噪声抑制问题simo 每日免费获取资料 每日微信群内分享7+最新行业报告： 每周分享当周华尔街日报、经济学人 行业报告均为公开版，权利归原作者所有，参一江湖仅分发做内部学习。 关注公众号领取粉丝福利 【行业报告丨英语外刊」行业社群丨参一江湖·聚焦行业前沿 五、总结 Thanks and Q&ASS 谢谢关注！色机人郭保成：电话/微信：15005145661黄允凯：电话/微信：13815881694资率电机