Turntide nennt 5 Gründe für die Wahl von Axialflussmotoren

Bei der Auswahl eines Motors für batterieelektrische oder Hybridfahrzeuge oder -geräte müssen Ingenieure einen Motor wählen, der das erforderliche Drehmoment und die erforderliche Leistung liefert, gut im System funktioniert und in den verfügbaren Platz im Fahrzeug oder Gerät passt. Bei gewichtssensiblen Anwendungen darf der Motor zudem nicht zu schwer sein.

Ingenieure und Konstrukteure müssen sich oft zwischen einem Radialflussmotor und einem Axialflussmotor entscheiden. Im Folgenden finden Sie fünf Gründe, warum ein Axialflussmotor für Ihre Anwendung die bevorzugte Lösung sein kann.

Bild 1. Radialflussmotor (Quelle: Turntide)

1. Ideale Größe für kleine Stellflächen

In vielen Elektro- oder Hybridsystemen, insbesondere bei der Nachrüstung herkömmlicher Verbrennungsmotoren, ist Platz Mangelware. Radialflussmotoren sind die Motoren, die einem dabei oft in den Sinn kommen.

Radialflussmotoren werden in vielen Anwendungen eingesetzt, unter anderem in Elektro- und Hybridfahrzeugen (siehe Abbildung 1). Diese Motoren haben ein langes Gehäuse und sind schwerer als Axialflussmotoren.

Axialflussmotoren (siehe Abbildung 2) sind ideal, weil sie flacher und leichter als Radialmotoren sind. Sie werden oft als Pancake-Motoren bezeichnet. Sie bieten Ingenieuren und Konstrukteuren mehr Platz für Batterie, Wechselrichter bzw. Steuerung und thermische Lösungen – allesamt Voraussetzungen für ein Elektro- oder Hybridsystem. Axialflussmotoren sind stapelbare, kompakte Elektromotoren für hohe Leistungs- und Drehmomentdichte.

Bild 2. Ein Axialflussmotor (Quelle: Turntide)

Darüber hinaus stehen die Wicklungen eines Radialflussmotors senkrecht zu den Magneten. Bei Axialflussmotoren liegen die Magnete in Ebenen parallel zu den Wicklungen. Dieser Unterschied zwischen Magneten und Spulen wirkt sich auf Drehmoment, Leistung und Wirkungsgrad der Motoren aus.

2. Höhere Leistung, Drehmoment und Effizienz

Axialflussmotoren sind zwar leichter und benötigen weniger Platz, ihr Drehmoment, ihre Leistung und ihr Wirkungsgrad sind jedoch höher als bei Radialflussmotoren. Wie ist das möglich?

Ein entscheidender Faktor für Drehmoment und Leistungsabgabe und damit für die Effizienz ist die magnetische Feldstärke. Die magnetische Feldstärke ist umso höher, je kürzer der magnetische Flusspfad ist.

Daher steigt die Feldstärke mit dem Durchmesser (D) des Rotors, der das magnetische Material enthält, und verringert sich mit der Länge (L) des Flusspfades (siehe Abbildung 3). Ein höheres D/L-Verhältnis sorgt für einen Motor mit höherem Wirkungsgrad und höherer Drehmomentdichte.

Axialflussmotoren haben ein höheres D/L-Verhältnis als Radialflussmotoren. Dadurch verfügen sie über ein höheres Drehmoment und eine höhere Leistung.

Bild 3. Magnetischer Fluss des Motors (Quelle: Turntide)

Axialflussmotoren haben je nach Größe eine zwei- bis viermal höhere Drehmomentdichte als Standard-Radialflussmotoren. Diese Drehmomentverbesserung führt zu einer Gewichts- und Volumeneinsparung von 50 % im Antriebsstrang.

Darüber hinaus ist das Drehmoment bei einem Radialflussmotor proportional zum Quadrat des Durchmessers multipliziert mit der Länge (siehe Abbildung 4). Bei einem Axialflussmotor ist das Drehmoment proportional zur dritten Potenz des Durchmessers und hat keinen signifikanten Einfluss auf die Länge.

Diese Faktoren erklären, warum Axialflussmotoren ein höheres Drehmoment als Radialflussmotoren haben. Dieses Drehmoment, das geringere Gewicht und das flachere Profil machen sie ideal für Hybridkonfigurationen oder vollelektrische Systeme in Fahrzeugen und Geräten, insbesondere bei begrenztem Platzangebot.

3. Flexibilität

Axialflussmotoren vereinfachen den Weg zur Elektrifizierung und ermöglichen eine schnelle Integration und Skalierbarkeit. Diese speziell für Erstausrüster (OEMs) entwickelten Motoren beschleunigen deren Markteinführung und bieten gleichzeitig Qualität und Langlebigkeit.

Unabhängig davon, ob Sie große Stückzahlen produzieren oder die Produktion steigern, ermöglichen ihre modularen, stapelbaren Designs eine schnelle Produktanpassung und Kopplung mit Wechselrichtern und Motorsteuerungen.

4. Kostengünstig

Ein Axialflussmotor kann das Gewicht eines elektrischen Systems um 50 % reduzieren. Darüber hinaus kann eine Gewichtsreduzierung von 10 % die Reichweite des Fahrzeugs um 13,7 % verbessern. Dies führt zu einer Kreislaufwirkung aus Antriebsstrang- und Fahrzeuggewichtsreduzierung und höherer Reichweite, was wiederum zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten (TCO) führt.

Bild 4. Drehmoment des Axialflussmotors (Quelle: Turntide)

Da ein Axialflussmotor für hohe Drehmomente und niedrige Drehzahlen geeignet ist, entfällt zudem die Übersetzung. Dies reduziert das Fahrzeuggewicht weiter und vereinfacht die Komplexität des Antriebsstrangs.

Die skalengerechte Produktion dieser Motoren trägt entscheidend zu ihrer Wirtschaftlichkeit bei und senkt den Anschaffungspreis. Einige Axialflussmotoren sind für die nahtlose Integration in Industrieanlagen konzipiert und preislich so gestaltet, dass sie die Rentabilität steigern.

5. Schnelle Lieferung

Dank der skalierten Produktion können einige Axialflussmotoren schneller als bisher geliefert werden. Vor den jüngsten Prozessverbesserungen wurden Axialflussmotoren typischerweise in Nischenanwendungen eingesetzt, bei denen die Lieferzeit kein großes Problem darstellte. Dank der neuen Produktionskapazität ist das Warten auf die Lieferung einiger Motoren nicht mehr die Regel.

Warum sollten sich Ingenieure und Konstrukteure von Hybrid- und Elektrofahrzeugen sowie -geräten für einen Axialflussmotor entscheiden? Um ein effizientes, kostengünstiges und leistungsstarkes System mit geringerem Gewicht, niedrigen Gesamtbetriebskosten und geringem Platzbedarf zu gewährleisten.

Matrishvan Raval ist Produktleiter bei Turntide Technologies.