Ein Permanentmagnet-Autokettenmotor ist eine Art bürstenloser Elektromotor, der anstelle von Wicklungen längliche Magnete verwendet.
Diese Art von Motor kann im Chevy Bolt[1], im Chevy Volt und im Tesla Product 3[2] verwendet werden. Verschiedene andere Tesla-Versionen verwenden klassische Induktionsmotoren.[3] Die Vordermotoren in den Allrad-Teslas Product 3 sind ebenfalls Induktionsmotoren.
Langzeitmagnetmotoren sind für viele hocheffiziente Anwendungen, wie beispielsweise Elektrofahrzeuge, deutlich besser geeignet als Induktionsmotoren oder Motoren mit Flächenwicklung. Teslas Chefentwickler für Motoren äußerte sich zu diesen Vorteilen wie folgt: „Es ist bekannt, dass Langzeitmagnetmotoren den Vorteil der Vorerregung durch die Magnete bieten, was zu einer Leistungssteigerung führt. Induktionsmotoren zeichnen sich durch eine optimale Flussregelung aus, wodurch sich die Leistung ebenfalls verbessern lässt. Beide Motorentypen eignen sich für ein stufenloses Automatikgetriebe als Antriebseinheit der Fahrzeuge. Aus diesem Grund ist unser Produkt 3, wie Sie wissen, nun mit einem Langzeitmagnetmotor ausgestattet. Im Hinblick auf die Spezifikation der Gesamtleistung und des Wirkungsgrades erfüllte der Langzeitmagnetmotor unsere Anforderungen an die Kostenminimierung am besten und war ideal für die Anforderungen an Anzahl und Effizienz. Quantitativ gesehen ist die Variation in der Regel der entscheidende Faktor für die Leistung des Motors, und es ist ein Kompromiss zwischen Motorkosten, Anzahl und Batteriekosten, der darüber entscheidet, welche Technologie im zukünftigen Modell zum Einsatz kommt.“
Das Magnetfeld einer Synchronmaschine kann durch Langzeitmagnete aus Neodym-Bor-Eisen, Samarium-Kobalt oder Ferrit auf dem Rotor erzeugt werden. Bei manchen Motoren werden diese Magnete mit Klebstoff auf der Rotoroberfläche befestigt, sodass das Magnetfeld radial durch den Luftspalt gerichtet ist. Bei anderen Bauarten sind die Magnete in die Rotoroberfläche eingelassen oder in Nuten direkt unter der Oberfläche eingesetzt. Eine weitere Bauart von Langzeitmagnetmotoren verwendet in radialen Nuten angeordnete, um den Magnetfeldfluss zu Eisenpolen, wodurch ein radiales Magnetfeld im Luftspalt erzeugt wird.
Dynamische Modellierung eines Planetenmotors
Ein Planetengetriebemotor besteht aus einer Reihe perfekt synchron rotierender Zahnräder und ermöglicht so ein höheres Drehmoment als ein Stirnradgetriebemotor. Im Gegensatz zum Planetenmotor sind Stirnradgetriebemotoren einfacher zu bauen und kostengünstiger, eignen sich aber besser für Anwendungen mit geringerem Drehmomentbedarf. Dies liegt daran, dass jedes Zahnrad die gesamte Last trägt. Im Folgenden werden einige wichtige Unterschiede zwischen den beiden Getriebemotortypen erläutert.
Planetengetriebe
Ein Planetengetriebe ist ein Getriebetyp, der Drehmoment von einer Quelle auf eine andere, üblicherweise eine Drehbewegung, überträgt. Darüber hinaus erfordert diese Getriebeart eine dynamische Modellierung zur Untersuchung ihrer Lebensdauer und Zuverlässigkeit. Frühere Studien umfassten sowohl entkoppelte als auch gekoppelte Eingriffsmodelle zur Analyse von Planetengetrieben. Das kombinierte Modell berücksichtigt sowohl die Steifigkeit der Wellenstruktur als auch die Steifigkeit der Lagerung. In manchen Anwendungen kann das flexible Planetenrad die dynamische Reaktion des Systems beeinflussen.
Bei einem Planetengetriebe ist die axiale Endfläche des zylindrischen Abschnitts relativ zur Trennplatte drehbar. Dieser Mechanismus hält das Schmiermittel im Getriebe und verhindert das Eindringen von Fremdkörpern. Ein Planetengetriebe ist ideal für Planetenmotoren mit hoher Drehzahl. Ein hochwertiges Planetengetriebe bietet eine deutlich höhere Leistung als herkömmliche Systeme.
Ein Planetengetriebe ist ein komplexer Mechanismus mit drei beweglichen Gliedern, die über Gelenke miteinander verbunden sind. Das Sonnenrad dient als Antrieb, die Planetenräder als Abtrieb. Sie drehen sich um ihre Achsen in einem Verhältnis, das durch die Zähnezahl jedes Zahnrads bestimmt wird. Das Sonnenrad hat 24 Zähne, die Planetenräder hingegen drei Viertel davon. Dieses Verhältnis macht einen Planetenmotor extrem effizient.
Planetengetriebe
Zur Vorhersage des Eigenschwingungsverhaltens eines Planetengetriebes ist die Entwicklung eines mathematischen Modells unerlässlich. Bisher wurden statische und dynamische Modelle zur Untersuchung des Verhaltens von Planetengetrieben eingesetzt. In dieser Studie wurde ein dynamisches Modell entwickelt, um die Auswirkungen wichtiger Konstruktionsparameter auf das Schwingungsverhalten zu untersuchen. Zu den wichtigsten Parametern von Planetengetrieben zählen die Steifigkeit der Struktur und des Eingriffs sowie die Masse und Position der Welle und der Lager.
Das Planetengetriebe eines Motors besteht aus mehreren Stufen, die mit variablen Eingangsdrehzahlen betrieben werden können. Durch die Lastverteilung auf mehrere Planetenräder ermöglicht es die Übertragung hoher Drehmomente. Die zahlreichen Zähne des Planetengetriebes greifen im Betrieb gleichzeitig ineinander. Diese Konstruktion sorgt für einen höheren Wirkungsgrad und ein größeres übertragbares Drehmoment. Weitere Vorteile von Planetengetrieben sind im Folgenden aufgeführt. All diese Vorteile machen Planetengetriebe zu einer der beliebtesten Planetenmotorarten.
Die kompakte Bauweise von Planetengetrieben ermöglicht eine hervorragende Wärmeableitung. Hohe Drehzahlen und dauerhafte Leistung erfordern Schmierung. Dieses Schmiermittel kann zudem Geräusche und Vibrationen reduzieren. Sollten diese Eigenschaften für Ihre Anwendung nicht erwünscht sein, können Sie einen anderen Getriebetyp wählen. Wenn Sie hingegen eine hohe Leistung beibehalten möchten, ist ein Planetenmotorgetriebe die beste Wahl. Was sind also die Vorteile von Planetenmotorgetrieben?
Planetengetriebe mit festem Trägerübersetzungsverhältnis
Planetengetriebe sind ein gängiges Getriebe in verschiedenen Maschinen. Ihre Hauptvorteile sind hoher Wirkungsgrad, kompakte Bauweise, große Übersetzungsverhältnisse und ein gutes Leistungsgewicht. Diese Getriebeart kombiniert Stirnräder, einfach schrägverzahnte Zahnräder und Pfeilverzahnungen. Pfeilverzahnte Planetengetriebe zeichnen sich durch geringe Axialkräfte und hohe Tragfähigkeit aus. Sie werden häufig in schweren Maschinen und Getrieben großer Fahrzeuge eingesetzt.
Um ein Planetengetriebe mit festem Trägerübersetzungsverhältnis zu verwenden, müssen sich der erste und der zweite Planet in Trägerposition befinden. Der erste Planet dreht sich so, dass seine Zähne mit denen des Sonnenrads kämmen. Der zweite Planet hingegen kann sich nicht drehen. Er muss sich in Trägerposition befinden, um mit dem Sonnenrad kämmen zu können. Dies erfordert eine hohe Präzision, weshalb das Planetengetriebe üblicherweise aus mehreren Sätzen besteht. Eine kurze Analyse vereinfacht diese Konstruktion.
Das Planetengetriebe besteht aus drei Komponenten. Das äußere Hohlrad wird von einem Hohlrad getragen. Jedes Zahnrad ist in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet. Dadurch können sich die Zahnräder mit einer konstanten Drehzahl drehen und gleichzeitig die Bewegung übertragen. Diese Bauweise ist auch bei Fahrrädern und anderen kleinen Fahrzeugen verbreitet. Bei mehrstufigen Planetengetrieben können mehrere Hohlräder gemeinsam genutzt werden. Ein feststehendes Hohlrad findet sich auch in Bleistiftspitzern. Die Planetenräder sind in zylindrische Schneidwerkzeuge integriert. Das Hohlrad ist feststehend, während sich die Planetenräder um eine Sonnenachse drehen. In diesem Fall beträgt das Verhältnis der Planetenräder zum äußeren Hohlrad -3/2.
Planetengetriebe mit 0° Schrägungswinkel
Die Drehmomentverteilung in einem Planetengetriebe ist asymmetrisch, was die Tragfähigkeit eines Nadellagers und damit dessen Lebensdauer drastisch reduziert. Um die Auswirkungen auf ein Getriebe besser zu verstehen, werden zwei Studien zur Lastverteilung eines Planetengetriebes mit 0° Schrägungswinkel untersucht. Die erste Studie wurde mit einem hochspezialisierten Programm des Lagerherstellers INA/FAG durchgeführt. Die rote Linie zeigt die Lastverteilung entlang einer Nadelrolle in einem Planetengetriebe mit 0° Schrägungswinkel, die grüne Linie die gleiche Lastverteilung in einem Planetengetriebe mit 15° Schrägungswinkel.
Eine weitere Methode zur Bestimmung des Schrägungswinkels eines Zahnrads besteht darin, das Übersetzungsverhältnis von Sonnen- und Planetenrad zu betrachten. Während sich das Sonnenrad üblicherweise auf der Antriebsseite befindet, sind die Planetenräder auf der Abtriebsseite angeordnet. Das Sonnenrad ist feststehend. Die beiden Planetenräder kämmen mit einem Hohlrad, das sich um 45 Grad im Uhrzeigersinn dreht. Beide Planetenräder sind an Bolzen befestigt, die die Planetenräder tragen. In der folgenden Abbildung sind die tangentialen und axialen Eingriffskräfte eines Planetengetriebes dargestellt.
Eine weitere Methode zur Berechnung des Leistungsverlusts in einem Planetengetriebe ist die Verwendung eines Automatikgetriebes. Dieses Getriebe bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Energieeffizienz und Belastbarkeit. Trotz der Komplexität ermöglicht diese Methode eine genauere Analyse des Einflusses des Schrägungswinkels auf den Leistungsverlust in einem Planetengetriebe. Wenn Sie den Leistungsverlust eines Planetengetriebes reduzieren möchten, lesen Sie weiter!
Planetengetriebe mit Stirnrädern
Ein Planetengetriebe ist ein mechanisches Antriebssystem mit Stirnrädern, die sich in entgegengesetzter Richtung in einer Ebene bewegen. Stirnräder gehören zu den einfacheren Getriebearten, da sie keine speziellen Bearbeitungen oder Winkel benötigen. Stattdessen bestimmt die komplexe Zahnform den Eingriff der Zähne und damit die erzeugbare Leistung, das Drehmoment und die Drehzahl.
Ein zweistufiges Planetengetriebe mit Stirnrädern kann auch mit variablen Eingangsdrehzahlen betrieben werden. Für eine solche Anordnung wird ein mathematisches Modell des Getriebes entwickelt. Die Simulation des dynamischen Verhaltens verdeutlicht die nichtstationären Effekte, und die Ergebnisse stimmen gut mit den experimentellen Daten überein. Da das Verhältnis der Stirnräder zueinander nicht konstant ist, spricht man von einem Fußzahnrad.
Ein Planetengetriebe mit Stirnrädern ist eine Art von Planetengetriebe. Hierbei laufen Stirnräder zwischen Zahnrädern mit Innen- und Außenverzahnung. Die Umfangsbewegung der Stirnräder entspricht der Rotation der Planeten im Sonnensystem. Ein Planetengetriebe besteht aus vier Hauptkomponenten. Das Planetenrad befindet sich im Sonnenrad und rotiert, um die Kraft auf das Sonnenrad zu übertragen. Die Planetenräder sind auf einem Gelenkträger montiert, der mit der Abtriebswelle verbunden ist.
Planetengetriebe mit Schrägverzahnung
Ein Planetengetriebe mit Schrägverzahnung ist ein extrem leistungsstarkes Getriebesystem, das eine hohe Leistungsdichte ermöglicht. Schrägverzahnungen steigern den Wirkungsgrad, da sie eine effizientere Alternative zu herkömmlichen Schneckengetrieben darstellen. Dieses Getriebe hat das Potenzial, die Gesamtleistung eines Systems zu verbessern, und seine Vorteile reichen weit über die Leistungsdichte hinaus. Doch was macht dieses Getriebesystem so attraktiv? Welche Schlüsselfaktoren sind bei der Konstruktion eines solchen Getriebes zu berücksichtigen?
Das einfachste Planetengetriebe besteht aus Sonnenrad, Planetenrad und Hohlrad. Die Anzahl der Planeten variiert, der Grundaufbau ist jedoch ähnlich. Bei einem einfachen Planetengetriebe treibt das Sonnenrad einen Planetenträger an. Die Anzahl der Planeten kann zwischen 2 und 6 liegen. Planetengetriebe zeichnen sich durch geringe Massenträgheit, kompakte Bauweise und hohe Zuverlässigkeit aus.
Die Eingriffsphaseneigenschaften eines Planetengetriebes sind für die Auslegung der Zahnprofile von besonderer Bedeutung. Verschiedene Parameter wie Eingriffsphasendifferenz und Zahnprofilmodifikationen müssen eingehend untersucht werden, um die dynamischen Eigenschaften eines Planetengetriebes vollständig zu verstehen. Diese Faktoren bestimmen zusammen mit weiteren die Leistung der Schrägverzahnung. Daher ist es unerlässlich, die Eingriffsphasen eines Planetengetriebes zu verstehen, um es effektiv auszulegen.
