বৈদ্যুতিক গাড়িতে অক্ষীয় ফ্লাক্স মোটর কেন আলোচনার বিষয়?

অক্ষীয় ফ্লাক্স মোটরে চৌম্বক ফ্লাক্স মোটরের ঘূর্ণন অক্ষের সমান্তরাল দিকে প্রবাহিত হয়; ক্লাসিক রেডিয়াল ফ্লাক্স মোটরের রেডিয়াল (অ্যাঙ্কর) দিকের প্রবাহের বিপরীতে এটি ডিস্ক আকৃতির রোটরের মধ্য দিয়ে সরলরেখায় মেরু থেকে মেরুতে যায়। এই সংক্ষিপ্ত ফ্লাক্স পথ এবং বড় সক্রিয় ব্যাস একই আয়তন থেকে বেশি টর্ক ও ক্ষমতা অর্জন সম্ভব করে; এ কারণেই অক্ষীয় ফ্লাক্স স্থাপত্য পারফরম্যান্স-কেন্দ্রিক ইলেকট্রিক গাড়িতে ক্রমশ বেশি আলোচিত হচ্ছে। কিন্তু কেন প্রতিটি গাড়িতে নয়, এখনও নির্বাচিত মডেলগুলোতে ব্যবহৃত হচ্ছে?

অক্ষীয় ফ্লাক্স কী, রেডিয়াল ফ্লাক্স থেকে এর পার্থক্য কী?

প্রতিটি ইলেকট্রিক মোটরে চৌম্বক ফ্লাক্স চুম্বক থেকে বেরিয়ে বায়ু ফাঁক অতিক্রম করে কয়েলে পৌঁছায় এবং একটি বদ্ধ পথ অনুসরণ করে ফিরে আসে। পার্থক্যটি এই পথের জ্যামিতিতে। রেডিয়াল ফ্লাক্স মোটরে - যা আজ ইলেকট্রিক গাড়ির প্রাধান্য পাওয়া টপোলজি - স্টেটরটি নলাকার একটি প্যাকেজ এবং ফ্লাক্স সিলিন্ডারের রেডিয়াল দিকে, অর্থাৎ ঘূর্ণন অক্ষের লম্বভাবে অতিক্রম করে। ফ্লাক্স একটি রোটর মেরু থেকে স্টেটর দাঁতে, স্টেটরের পিছনের লোহা (yoke) থেকে অন্য দাঁতে এবং সেখান থেকে অন্য রোটর মেরুতে ঘুরতে গিয়ে দীর্ঘ পথ পাড়ি দেয়।

অক্ষীয় ফ্লাক্স মোটরে কিন্তু রোটর ও স্টেটর শ্যাফট বরাবর পাশাপাশি সারিবদ্ধ ডিস্কে রূপান্তরিত হয়; বায়ু ফাঁকও সমতলীয় হয়। ফ্লাক্স বায়ু ফাঁক থেকে সরাসরি মেরু থেকে মেরুতে, অক্ষ বরাবর সমান্তরালভাবে যায়। এই সংক্ষিপ্ত পথ চৌম্বক ক্ষেত্রের রোধ কমায়, এটিকে শক্তিশালী রাখে এবং দক্ষতা ও ক্ষমতা ঘনত্ব বাড়ায়। এছাড়া ফ্লাক্স পথটি একমুখী হওয়ায় দানা-নির্দেশিত বৈদ্যুতিক ইস্পাত ব্যবহার করা যায়; এই উপাদান উচ্চতর ভেদ্যতা প্রদান করে এবং লোহার ক্ষতি কমিয়ে 2% পর্যন্ত দক্ষতা বৃদ্ধি দিতে পারে।

প্রচলিত কনফিগারেশনগুলো

অক্ষীয় ফ্লাক্স মেশিনগুলো তিনটি মৌলিক বিন্যাসে উৎপাদিত হয়:

• একক স্টেটর - একক রোটর: সবচেয়ে সহজ কাঠামো, তবে একপাক্ষিক চৌম্বক আকর্ষণ রোটরকে চাপ দেয় এবং yoke প্রয়োজন হয়।
• যুগল স্টেটর - একক রোটর: দুটি স্টেটর রোটরকে দুই পাশ থেকে ঘিরে রাখে; চৌম্বক আকর্ষণ ভারসাম্যপূর্ণ হয় এবং উচ্চ ক্ষমতার প্রয়োগে এটিই সবচেয়ে প্রচলিত পছন্দ।
• একক স্টেটর - যুগল রোটর: এটি yoke-এর প্রয়োজনীয়তা দূর করে; আরও হালকা ও দক্ষ কাঠামো প্রদান করে।

একই আয়তন থেকে কেন বেশি টর্ক পাওয়া যায়?

টর্ক হলো বল ও ব্যাসার্ধের গুণফল। রেডিয়াল ফ্লাক্স মোটরে সক্রিয় উপাদান নলাকার একটি প্যাকেজের ভেতরে থাকায় টর্ক উৎপাদনকারী পৃষ্ঠগুলো ব্যাসের বর্গ অনুযায়ী সমানুপাতিক হয়। অক্ষীয় ফ্লাক্স নকশায় কিন্তু সক্রিয় উপাদান ডিস্কের বাহ্যিক ব্যাসার্ধের দিকে বিস্তৃত এলাকায় ছড়িয়ে পড়তে পারে এবং টর্ক রোটরের ব্যাসের ঘনফল অনুযায়ী বৃদ্ধি পায়। একই মাউন্ট করা আয়তনের জন্য চৌম্বক পৃষ্ঠ ও শীতলীকরণ পৃষ্ঠও বড় হয়।

সংখ্যা দিয়ে দেখা যাক: Motora bağlı olarak aksiyel ফ্লাক্স মোটরগুলো স্ট্যান্ডার্ড রেডিয়াল ফ্লাক্স মোটরের তুলনায় 2–4 গুণ বেশি টর্ক-ঘন হতে পারে। সবচেয়ে চমকপ্রদ প্রোটোটাইপ উদাহরণ হলো একটি মোটর যা 550 kW (738 hp) উৎপাদন করে এবং এর ওজন মাত্র 13,1 kg: এর 42 kW/kg শক্তি ঘনত্বকে এ পর্যন্ত ঘোষিত সর্বোচ্চ মান হিসেবে উপস্থাপন করা হচ্ছে। তুলনার জন্য, রেঞ্জ ও দক্ষতা-কেন্দ্রিক প্রতিযোগীদের একজনের 500 kW-এর মোটরের ওজন 31,4 kg এবং ঘনত্ব 16 kW/kg স্তরে। সিরিয়াল উৎপাদনের কাছাকাছি একটি উদাহরণ আরও সংযত: 37 kg ওজনের, 800 Nm টর্ক এবং 98 mm অক্ষীয় দৈর্ঘ্যের একটি স্ট্যাকযোগ্য মোটর 5 kW/kg-এর বেশি ঘনত্ব দেয়।

টেবিল থেকে যে ছবিটা পরিষ্কারভাবে বেরিয়ে আসে: সর্বোচ্চ শক্তি ঘনত্বে অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্স স্পষ্টভাবে এগিয়ে; কিন্তু এই শ্রেষ্ঠত্ব প্রতিটি আরপিএম এবং প্রতিটি অপারেটিং পয়েন্টের জন্য প্রযোজ্য নয়। কম আরপিএমে অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্স ভালো টর্ক দিলেও, উচ্চ আরপিএমে রেডিয়াল ফ্লাক্স বেশি শক্তি উৎপাদন করতে পারে। এছাড়াও অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্স প্রতিটি অপারেটিং পয়েন্টে স্বয়ংক্রিয়ভাবে বেশি দক্ষ নয়; দক্ষতা নির্ভর করে ডিজাইন, উপাদান, গতি এবং শীতলীকরণ কৌশলের উপর।

বৈদ্যুতিক গাড়িতে অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্স মোটর কেন আলোচনার বিষয়?

কারণ পারফরম্যান্স সেগমেন্টে মূর্ত পণ্য এখন পথে আছে। Mercedes-AMG GT 4-Touring Coupe অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্স মোটরযুক্ত প্রথম সিরিয়াল উৎপাদন প্রয়োগগুলোর একটি হিসেবে উঠে এসেছে; এর ভ্যারিয়েন্টে তিনটি অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্স মোটর দিয়ে 860 kW (1.169 hp) সর্বোচ্চ শক্তি উৎপাদনের কথা ঘোষণা করা হয়েছে। কোম্পানিটি জুন 2026-এ বার্লিন-মারিয়েনফেলডে কারখানায় এই মোটরগুলোর বৃহৎ মাপের সিরিয়াল উৎপাদন শুরু করেছে এবং জানিয়েছে যে উৎপাদনের জন্য অসাধারণ নির্ভুলতা, প্রসেস নির্ভরযোগ্যতা এবং অটোমেশন প্রয়োজন। কনসেপ্ট পর্যায়ে ঘোষণা করা হয়েছিল যে তিনটি অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্স মোটর বহনকারী AMG GT XX Concept-এর মোটরগুলোর শক্তি ঘনত্ব তিন গুণ এবং ভর এক-তৃতীয়াংশ কম; AMG.EA প্ল্যাটফর্ম এই মোটরগুলোকে সরাসরি শীতলীকৃত ব্যাটারি সেলগুলোর সাথে একত্রিত করে।

দ্বিতীয় কারণ হলো টপোলজির দেওয়া প্যাকেজিং স্বাধীনতা। অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্স মোটরগুলো পাতলা ডিস্ক আকারে স্ট্যাক করা যায়; অক্ষে 98 mm-এর মতো স্বল্প দৈর্ঘ্য একটি ব্যস্ত ড্রাইভট্রেনের ভেতরে আটকে থাকা মোটরের সুযোগ দেয়। একই জ্যামিতি হুইল-হাব মোটরের জন্যও আকর্ষণীয়: কম ভরের কারণে সাসপেনশনের স্প্রাং মাস বেশি বাড়ে না বলে অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্সকে হুইল-হাব আর্কিটেকচারের সবচেয়ে শক্তিশালী প্রার্থীদের একটি হিসেবে দেখা হচ্ছে - যদিও অপুনিক, ডুয়াল রোটর রেডিয়াল ফ্লাক্স হুইল মোটর নিয়ে কাজ করা প্রতিযোগী ডেভেলপাররাও আছেন এবং এই আর্কিটেকচার বিতর্ক চলছে।

তৃতীয় রেফারেন্স হলো এভিয়েশন। বৈদ্যুতিক গতির রেকর্ড গড়া একটি বিমান তিনটি অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্স মোটর দিয়ে উড়েছিল; মোটর সরবরাহকারীরা বিমান-শ্রেণির জন্য 50 kW/kg লক্ষ্য নিয়ে কাজ করছেন। অটোমোটিভ ও বিমানচালনার একই টপোলজির দিকে অগ্রসর হওয়া প্রকৌশল সম্প্রদায়ের আগ্রহ এবং জনমনের কৌতূহল বাড়াচ্ছে।

YASA-এর ছাপ

YASA - নামটি Yokeless and Segmented Armature স্থাপত্য থেকে এসেছে এবং বর্তমানে Mercedes-Benz-এর সহায়ক সংস্থা - অক্ষীয় প্রবাহের অটোমোটিভ জগতের সবচেয়ে দৃশ্যমান নাম। এর মোটরগুলো Koenigsegg Regera, Ferrari SF90 Stradale এবং 296 GTB, Lamborghini Revuelto এবং McLaren Artura -এর মতো হাইব্রিড ও বৈদ্যুতিক পারফরম্যান্স যানবাহনে ব্যবহৃত হয়েছে; Jaguar C-X75 কনসেপ্টেও এর উপস্থিতি ছিল। এই সব যানবাহনের পারফরম্যান্স সেগমেন্টে থাকা কোনো কাকতালীয় বিষয় নয়: প্রযুক্তিটি এখনো ব্যয়বহুল এবং উৎপাদন কঠিন, তাই এটি প্রথমে উচ্চ সেগমেন্টে প্রবেশ করছে।

সিরিয়াল উৎপাদনের পথে বাধা

তড়িৎচুম্বকীয় সুবিধা একটি বিষয়; সেটিকে লক্ষ লক্ষ এককে স্কেল করা সম্পূর্ণ ভিন্ন বিষয়। অক্ষীয় প্রবাহকে মুক্ত করা না যাওয়ার কিছু সুনির্দিষ্ট কারণ রয়েছে:

• যান্ত্রিক সীমাবদ্ধতা: প্রশস্ত রোটর ডিস্ক উচ্চ জড়তা এবং উল্লেখযোগ্য কেন্দ্রবিমুখী বল সৃষ্টি করে; এটি সর্বোচ্চ ঘূর্ণন গতি সীমিত করতে পারে। রোটর ডিস্কগুলোকে যান্ত্রিক চাপ এবং কঠোর বায়ু-ফাঁক সহনশীলতা সহ্য করতে হয়।
• উৎপাদন নির্ভুলতা: সমতলতা, সমকেন্দ্রিকতা, ব্যালান্স এবং টলারেন্স পরীক্ষা রেডিয়াল প্রবাহের তুলনায় অধিক গুরুত্বপূর্ণ। কিলাকৃতির সেগমেন্টগুলো অনিয়মিত প্রবাহ বণ্টন ঘটাতে পারে এবং কেন্দ্রের দিকে সংকুচিত সেগমেন্টগুলো কুণ্ডলী স্থাপনের জায়গা সীমিত করে।
• ব্যয়: ব্যয়বহুল আঠালোকরণ ও সংযোজন প্রক্রিয়াগুলো বহু কনসেপ্টের সিরিয়াল উৎপাদনে পৌঁছানো ঠেকিয়ে রেখেছে। অটোমোটিভ নির্মাতারা সিরিয়াল উৎপাদনের জন্য দীর্ঘমেয়াদি নির্ভরযোগ্যতার প্রমাণের অপেক্ষায় আছে।
• পরিণতির পার্থক্য: রেডিয়াল প্রবাহ মোটরের কয়েক দশকের পুরনো, বহু সরবরাহকারীবিশিষ্ট একটি উৎপাদন শৃঙ্খল রয়েছে; অক্ষীয় প্রবাহের উৎপাদন সরঞ্জাম তুলনামূলকভাবে কম পরিণত।

তাপীয় ব্যবস্থাপনা: নির্ধারক সীমাবদ্ধতা

কমপ্যাক্ট অক্ষীয় কনফিগারেশন তাপ বহিঃপ্রবাহের পৃষ্ঠকে সংকুচিত করে। অবিরাম পারফরম্যান্সের জন্য তাপীয় ব্যবস্থাপনাকে সাহিত্যে একটি সুপরিচিত নির্ধারক সীমাবদ্ধতা হিসেবে চিহ্নিত করা হয়; উচ্চ তাপ ঘনত্বের কারণে তরল শীতলীকরণ সমাধান নিয়ে কাজ চলছে। একই আয়তনের জন্য বৃহত্তর শীতলীকরণ পৃষ্ঠ থাকা সুবিধা দেয়, কিন্তু তাপের উৎসগুলোর জ্যামিতি রেডিয়াল প্রবাহ থেকে ভিন্ন এবং ডিস্কের সমতলে শীতলক চ্যানেল স্থাপন আলাদা একটি নকশা সমস্যা তৈরি করে। ব্যবহারিক ফলাফল: অক্ষীয় প্রবাহ মোটরগুলো স্বল্প সময়ে সহজেই তাদের সর্বোচ্চ ক্ষমতা প্রদান করে, অপরদিকে অবিরাম ক্ষমতার হার নির্ধারণ করে তাপীয় সীমা।

Cogging টর্ক এবং শব্দ

স্থায়ী চুম্বকযুক্ত অক্ষীয় মোটরে cogging টর্ক - স্টেটরের দাঁতের সাথে চুম্বকের সমলয় হওয়ার প্রবণতা থেকে রোটরে সৃষ্ট টর্কের ওঠানামা - কম্পন এবং নিম্ন ঘূর্ণন গতিতে শব্দ দূষণের উৎস হতে পারে। বিকল্প চুম্বক মেরু বণ্টনের মতো হ্রাসকরণ কৌশল বিদ্যমান; এটি উৎপাদন টলারেন্সের সাথে যুক্ত নকশা অপ্টিমাইজেশনের একটি অতিরিক্ত স্তর।

সাম্প্রতিক অগ্রগতি এবং অপ্রমাণিত সীমা

স্থাপত্যের অগ্রভাগ প্রসারিত হচ্ছে। জুন 2026-এ চীনা গবেষকদের 18,000 rpm-এ 25.73 kW/kg পৌঁছানো এবং প্রচলিত মোটরের তুলনায় প্রায় 50% কম ওজন ও অক্ষীয় মাত্রা হ্রাস অর্জনের কথা জানানো হয়েছে; এই সংখ্যাগুলো এখনও স্বাধীনভাবে নিশ্চিত হয়নি এমন গৌণ সংবাদের উপর ভিত্তি করে। সোশ্যাল মিডিয়ায় ঘুরে বেড়ানো 0-100 কিমি/ঘণ্টা ত্বরণের সময়ের মতো দাবিও সরকারি নিশ্চিতকরণের অপেক্ষায় রয়েছে। অন্যদিকে বিমান চলাচলের দিকে আরও শক্তিশালী পদক্ষেপ রয়েছে: 2025 সালে একটি কার্গো বিমান ডেভেলপার একজন বিশেষজ্ঞ অক্ষীয় প্রবাহ মোটর সরবরাহকারীর কাছ থেকে মোটর কিনবে বলে আনুষ্ঠানিকভাবে ঘোষণা করেছিল।

টপোলজি বিশেষজ্ঞদের একটি গুরুত্বপূর্ণ সতর্কতা রয়েছে: অক্ষীয় প্রবাহ কি তড়িৎচৌম্বকীয়ভাবে শ্রেষ্ঠ কিনা - এই প্রশ্নটি একাই ভুল প্রশ্ন। মোটর একটি সিস্টেম উপাদান; ইনভার্টার, শীতলীকরণ, ট্রান্সমিশন এবং উৎপাদন ব্যয়ের সাথে মিলিত হয়ে সিস্টেমের মূল্য তৈরি না করলে সুবিধাটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে প্রকাশ পায় না। এ কারণেই বেশিরভাগ বিশ্লেষকের পূর্বাভাস, রেডিয়াল প্রবাহ মূলধারার কর্মঘোড়া হিসেবে থাকবে এবং অক্ষীয় প্রবাহ পারফরম্যান্স ও নিশ সেগমেন্টে জায়গা করে নেবে।

উপসংহার: সুবিধা বাস্তব, পথ দীর্ঘ

অক্ষীয় প্রবাহ আর্কিটেকচার পদার্থবিজ্ঞানের দিক থেকে একটি যুক্তিসঙ্গত ভিত্তির উপর দাঁড়িয়ে আছে: ছোট প্রবাহ পথ, বড় সক্রিয় ব্যাস এবং টর্কের ব্যাসের ঘনফলের সাথে বৃদ্ধি। 42 kW/kg পর্যন্ত পৌঁছানো প্রোটোটাইপ মানগুলো প্রমাণ করে যে এই সুবিধা গল্প নয়। তবে একই পদার্থবিজ্ঞান বিস্তৃত রোটর, কঠিন তাপীয় ব্যবস্থাপনা এবং কঠোর উৎপাদন সহনশীলতাও সঙ্গে নিয়ে আসে। আজকের ফলাফল হলো: রেডিয়াল প্রবাহ মোটরগুলো দক্ষতা, ব্যয় এবং উৎপাদন পরিণততার সাথে মূলধারাকে বহন করছে; অক্ষীয় প্রবাহ এমন প্রতিটি ক্ষেত্রে - পারফরম্যান্স অটোমোবাইল, ইন-হুইল আর্কিটেকচার এবং বৈদ্যুতিক বিমান চলাচল - যেখানে উচ্চ টর্ক ও শক্তির ঘনত্ব নির্ধারক, শক্তিশালী বিকল্প হিসেবে এগিয়ে যাচ্ছে। Mercedes-Benz-এর 2026 সালে শুরু করা বৃহৎ মাপের সিরিয়াল উৎপাদন এই টপোলজির নিশ থেকে বেরিয়ে আসার প্রক্রিয়ার প্রথম গুরুতর পরীক্ষা হবে।

সূত্রসমূহ

• Axial flux motor - Wikipedia
• Large-scale production of electric axial flux motor - Mercedes-Benz Group
• AMG.EA E-Performance - Mercedes-AMG
• Advantages of Axial Flux Machines over Radial Flux - EMWorks
• Axial Flux vs Radial Flux Motors: A Comprehensive Comparison - MECHTEX
• Radial vs. Axial vs. Transverse Flux Motors | Design Guide - Horizon Technology
• Why Axial Flux Motors? - Turntide
• Advantages and Disadvantages of Axial Flux Motors - Stanford Magnets
• Power and torque density - eMobility Engineering
• Advancements and Challenges in Axial Flux Motor Manufacturing - Brogen
• Cost-Efficient Manufacturing of Axial Flux Motors - PowerTransmission
• How to save time when developing an axial-flux motor - Magcam
• Axial Flux Motors For EVs - PatSnap Eureka
• Cogging Torque Reduction Techniques in Axial Flux PM Machines - MDPI
• The Secrets Behind YASA's Extremely Power-Dense Motor - Road & Track
• Three axial flux motors deliver 860 kW in Mercedes-AMG GT 4-Door Coupe
• উচ্চ কর্মক্ষমতাসম্পন্ন অ্যাক্সিয়াল ফ্লাক্স অগ্রগতি: চীনা দল - CarNewsChina