Unternehmen auf dem heutigen Markt suchen nach Möglichkeiten, ihre Systeme hinsichtlich Leistung und Kosten effizienter zu gestalten. Daher suchen sie nach Möglichkeiten, die Effizienz ihres Systems zu verbessern und den optimalen Elektromotor für die Integration in ihre Anwendung zu finden. Eine häufig gestellte Frage bei der Suche nach dem am besten geeigneten Elektromotor ist die Wahl zwischen einem sogenannten Radialfluss- oder Axialfluss-Elektromotor. Bei Magnetic Innovations glauben wir fest an die Topologie der Radialfluss-Permanentmagnetmotoren. In diesem Artikel erklären wir, warum.
Was ist Fluss in einem Motor?
Beginnen wir damit, zu klären, was das Wort „Fluss“ bedeutet. Damit ist der magnetische Fluss gemeint, der in Elektromotoren vorhanden ist und durch das Magnetfeld der Permanentmagnete verursacht wird. Der magnetische Fluss wird in der Einheit Tesla (T) gemessen. Der magnetische Fluss wird normalerweise durch mehrere Permanentmagnete erzeugt. Diese Magnete bestehen oft aus Seltenerdmaterial und werden daher als Seltenerd-Permanentmagnete bezeichnet. Im Sinne der Nachhaltigkeit ist es am besten, die Menge des in Elektromotoren verwendeten magnetischen Materials so weit wie möglich zu reduzieren.
Was ist der Unterschied zwischen einem Axial- und einem Radialflussmotor?
Der Name „radial“ oder „axial“ leitet sich von der Richtung ab, in der die Permanentmagnete das Magnetfeld erzeugen. Wenn der Fluss in radialer Richtung ausgeübt wird, wird der Motor als Radialflussmotor bezeichnet. Wenn der Fluss in axialer Richtung ausgeübt wird, spricht man von einem Axialflussmotor. Ein entscheidender Unterschied zwischen Radial- und Axialflussmotoren ist die Menge an Permanentmagnetmaterial, die für eine bestimmte Leistung verwendet wird. Ein Axialflussmotor hat im Allgemeinen eine höhere Drehmomentdichte als ein Radialflussmotor. Allerdings verwendet der Axialflussmotor im Allgemeinen deutlich mehr Permanentmagnetmaterial, um diese höhere Drehmomentdichte zu erreichen.
Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen Axial- und Radialflussmotoren ist die Herstellbarkeit und einfache Konstruktion. Der Aufbau eines Axialflussmotors ist komplex und bringt Herausforderungen mit sich, die mit verifizierten Produktions- und Konstruktionsmethoden nur schwer zu lösen sind. Der Radialfluss-Permanentmagnetmotor profitiert von einer weitaus einfacheren Konstruktion. Dies führt zu einer einfacheren Installation und einem Kostenvorteil bei der mechanischen Konstruktion.
Was sind die Vorteile eines Radialfluss-Permanentmagnetmotors?
Der Radialfluss-Permanentmagnetmotor profitiert von einer weitaus einfacheren Konstruktion. Dies führt zu einer einfacheren Installation und einem Kostenvorteil bei der mechanischen Konstruktion. Die Radialflussmotoren bei Magnetic Innovations nutzen die Außenrotortopologie und beinhalten eine Reihe von Optimierungen, die den Gesamtwirkungsgrad verbessern
Durch den Einsatz konzentrierter Wicklungen werden die Flusswege der Motoren kurz gehalten. Dies trägt dazu bei, den Wicklungswiderstand (=Verluste) gering zu halten. Ein zweiter Vorteil ist der relativ große Abstand/Arm zwischen dem Drehzentrum des Motors und dem Luftspalt, in dem die Tangentialkräfte erzeugt werden. Daraus ergibt sich ein Motordrehmoment. Je größer der Arm ist, an dem eine bestimmte Tangentialkraft erzeugt wird, desto größer ist das resultierende Drehmoment, das ein Motor liefern kann
Magnetic flux path of an axial flux motor (left) vs. a radial flux motor (right)
Wichtige Parameter bei der Auswahl eines Radialfluss-Permanentmagnetmotors
Für den erfolgreichen Einsatz eines rahmenlosen Radialfluss-Torquemotors in Ihrer Anwendung ist ein gründliches Verständnis der Anforderungen von entscheidender Bedeutung. Bei richtiger Anwendung kann unser Radialflussmotor Wirkungsgrade von bis zu 94 % erreichen. Folgende Parameter sollten sorgfältig berücksichtigt werden:
- Drehmoment- und Drehzahlanforderungen des Motors.
- Drehmoment-Drehzahl-Kurve, in der das erforderliche Drehmoment bei verschiedenen Drehzahlen angegeben wird. Diese Spezifikationssätze werden auch als Workpoints bezeichnet.
- Die thermischen Einschränkungen der Anwendung und der gewählten Kühlmittel (Luft-/Umluft- oder Wasserkühlung).
Anhand der Drehmoment- und Drehzahldaten kann die resultierende Leistung für jeden Arbeitspunkt mit P_(mech ) [W] = T [Nm] * ω [rad/s] berechnet werden. Natürlich kann diese Gleichung auch zur Bestimmung des erforderlichen Drehmoments verwendet werden, wenn Drehzahl und Leistung für einen bestimmten Arbeitspunkt bekannt sind.
Torque / Power to Speed chart electric motor
Radialfluss-Permanentmagnetmotor mit Leistungsdichte und Wärmeabfuhr
Die Leistungsdichte von Permanentmagnet-Elektromotoren ist deutlich höher als die der klassischen AC-Induktionsmotoren. Um jedoch eine angemessene Leistungsdichte zu erreichen, ist eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem Motorinneren entscheidend. Wenn man einen Radialfluss-Permanentmagnetmotor in Betracht zieht, ist es wichtig, den Arbeitszyklus und den Wärmepfad vom Stator zur Umgebung zu berücksichtigen.
Wenn die von den Spulen erzeugte Wärme nicht durch Wärmeleitung an die Umgebung abgeleitet werden kann, kann eine Umluftkühlung (mittels eines Lüfters, der Luft durch die Statorwicklungen drückt) oder eine Wasserkühlungsmanschette in Betracht gezogen werden. Eine Wasserkühlung ist am besten für die Bewältigung hoher Wärmelasten geeignet und kann daher am besten eingesetzt werden, wenn hohe Leistungsdichten erforderlich sind.
Auswahl eines Motorantriebs für einen Radialfluss-Permanentmagnetmotor
Zu guter Letzt: die Auswahl des richtigen Motorantriebs. Es gibt zwei Möglichkeiten, dies zu erreichen. Welche dieser Vorgehensweisen am sinnvollsten ist, hängt von den erforderlichen Arbeitspunkten (Drehmoment und Geschwindigkeit) der Anwendung ab. Sie können eine Fahrt auswählen nach:
- Auswahl des Antriebs basierend auf den Parametern des Motors.
Der Motor benötigt die richtigen Spannungs- und Strombereiche, um die für die Anwendung vorgesehene maximale Drehzahl (Spannung) und maximales Drehmoment (Strom) zu unterstützen. Der ausgewählte Antrieb sollte unter allen Anwendungsbedingungen mit dieser Spannung und diesem Strom übereinstimmen. Es muss außerdem in der Lage sein, die elektrische Frequenz des Motors zu bewältigen, die von der Drehzahl und der Anzahl der im Motor verwendeten Polpaare abhängt. - Anpassung der Motorparameter an den Antrieb.
Die Wicklung des Motors kann passend zu einem verfügbaren Motorantrieb ausgewählt werden, es gibt jedoch Einschränkungen. Die maximale Spannung ist aus Sicherheitsgründen begrenzt. Bei Magnetic Innovations sind die meisten unserer Radialfluss-Permanentmagnetmotoren für den Betrieb von 3-Phasen-Systemen mit 400 VRMS (mit einem max. 600-V-DC-Bus) geeignet. Sie können aber auch in Niederspannungsanwendungen (24-V-DC-Bus) eingesetzt werden. Dazu gehören Lion oder andere Batteriestromquellen.
Abschließend
In diesem Artikel haben wir die Unterschiede, einschließlich Vor- und Nachteile, von Radial- und Axialflussmotoren erläutert. Wir bei Magnetic Innovations glauben, dass unsere Außenläufer-Radialflussmotoren im Vergleich zu Axialflussmotoren zahlreiche Vorteile hinsichtlich Konstruktion, Herstellbarkeit, Seltenerdmaterialgehalt, Kosten und Effizienz bieten.
Wenn Sie die Integration eines Radialfluss-Permanentmagnetmotors in Ihre Anwendung in Betracht ziehen, achten Sie auf Ihre Arbeitsbedingungen, da diese Ihre Drehmoment- und Drehzahlanforderungen, das Kühlprinzip und die Wahl des Antriebs bestimmen. Ingenieure, denen es gelingt, alle diese Parameter zu erfüllen, werden sich auf einem sinnvollen Weg befinden, mit unseren gehäuselosen Radialfluss-Torquemotoren beeindruckende Leistungsdichten und Wirkungsgrade zu erzielen.
Video Axial- und Radialfluss-Elektromotor
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