Бельгійський стартап 10 років створював компактний, потужний та економічний електродвигун, конструкцію якого до недавнього часу навіть не можна було розрахувати на комп'ютері. І тепер розкриває всі карти.
Засновники бельгійського стартапу Magnax повідомили про початок випробувань свого революційного електродвигуна одним з європейських автовиробників. Раніше вони заявляли, що компактний варіант для мотоцикла, розвине потужність близько 1200 к.с. А тепер докладно розповіли про нього та пояснили, як він працює.
У традиційній схемі електродвигуна ротор розміщений всередині статора. Як і випливає з назви, статор — статичний, а ротор всередині нього обертається завдяки взаємодії магнітів, які відштовхуються та притягуються один до одного при виникненні магнітного поля. Якщо такий двигун обертати без подачі енергії, то він сам почне виробляти електрику — так працюють генератори, а також система рекуперативного гальмування на автомобілях, яка підзаряджає акумулятор.
У Magnax буквально вивернули електродвигун навиворіт, розмістивши статор в прокладці між двома роторами та назвавши своє творіння «без'якірним електродвигуном з осьовим потоком».
Переваги такої схеми величезні, стверджують творці. Головне — статор не потрібно монтувати на зовнішньому каркасі, так що двигун виходить компактним та легким. Для порівняння: питома потужність прототипу Magnax - 15 кВт на кілограм ваги, а в електродвигуна BMW i3 - всього 3 кВт на кілограм. На фото нижче — осьовий двигун Magnax (чорний) та традиційного компоновання (білий), які можна порівняти за потужністю.
Компактність дозволяє економити на матеріалах: потрібно на 40% менше міді та на 20% менше магнітів. А прямолінійний напрямок магнітного поля — від одного ротора через статор до іншого — робить двигун дуже ефективним.
У традиційній конструкції (зліва), магнітне поле виробляє лінії потоку перпендикулярно осі. У конструкції осьового потоку (праворуч), потік рухається паралельно осі. Таке розташування дозволяє збільшити співвідношення потужності до ваги.
Нарешті, Magnax легко масштабується: одна схема годиться як для компактних електродвигунів в ступиці колеса скутера, так і для гігантських промислових генераторів.
При серійному виробництві Magnax буде економніше і за рахунок матеріалів, і за рахунок ефективності. Творці стверджують, що в лабораторних тестах їх двигун показав ефективність у 91-96%, тоді як електродвигуни традиційного компонування — менше ніж 90%.
«Двигуни та моторні системи споживають приблизно 53% електроенергії у світі. За нашими оцінками, підвищення ефективності всіх двигунів у світі всього на 1% знизить енергоспоживання 94,5 ТВт·год та скоротить викиди вуглекислого газу в еквіваленті 60 млн тонн», заявили у компанії.
Але не все так просто
Творці Magnax Даан Морілс та Пітер Лейнен пишуть, що в самій схемі осьового двигуна одкровень немає. Їх заслуга — налагодження процесу для промислового виробництва таких двигунів.
Коли вони починали роботу, комерційного софту для розрахунку електромагнітних та теплових взаємодій в такій незвичній схемі просто не було. Знадобилося кілька років науково-дослідних робіт у співпраці з ученими з Університету Гента, щоб хоча б почати розробку прототипу.
Найскладнішим завданням при проектуванні виявилося охолодження. При використанні традиційної схеми, тепло в основному виводиться через каркас навколо статора, а в схемі Magnax цього елемента немає взагалі. Більш того, тепло треба відводити зі статора, затиснутого між двох роторів двигуна. Ноу-хау двигуна — особлива конструкція мідних радіаторів, які виводять тепло назовні. Завдяки їм статор можна робити дуже міцним, а для охолодження застосовувати різні варіанти — воно може бути як повітряним, так і рідинним.
Тести
Схема з обертовими навколо статора роторами дуже приваблива для електромобілів. Компактний двигун з нерухомою серцевиною можна змонтувати усередині кожного колеса, що серйозно підвищить керованість та знизить вагу — самі двигуни легше, а осі такому електромобілю не потрібні зовсім.
Відмінне співвідношення потужності до ваги двигуна Magnax дозволяє встановити його прямо в колесі
Зараз один з європейських автовиробників тестує в польових умовах електромобіль з чотирма двигунами Magnax, встановленими в колесах. З ким співпрацює стартап, засновники не уточнюють.
За лабораторними розрахунками, використання осьового двигуна додасть 7% пробігу при використанні одного двигуна та до 20% - при використанні пари.
Виробництво
Зараз в Magnax зайняті організацією першої складальної лінії: «Ми витратили багато часу на розробку наших верстатів. Ми доводимо, що двигуни можна збирати в промислових масштабах. Ця можливість, разом з економією матеріалів, яку ми пропонуємо, робить нашу концепцію конкурентоспроможною за ціною — ключовий момент для переходу від нішевих ринків до статусу виробника оригінального устаткування».
Прототип демонструє плоску форму двигуна осьового потоку
Перший складальний цех буде запущений у 2022 році, він буде випускати компактні двигуни декількох розмірів. У 2022 році засновники планують випустити близько 25 000 двигунів, а потім масштабувати виробництво.
Нагадаємо, що зовсім недавно, техаський стартап Linear Labs розробив електродвигун зі схожим принципом, але з відмінностями — в ньому статор повністю оточений чотиристороннім «магнітним тунелем». Винахід назвали — тривимірний електродвигун периферичного потоку Hunstable Electric Turbine. На цю розробку та комерціалізацію технології стартап вже залучив $4,5 млн.
За матеріалами: IEEE Spectrum
