Radialfluss-Permanentmagnetmotor

Was ist ein Radialfluss-Permanentmagnetmotor?

Unternehmen auf dem heutigen Markt suchen nach Möglichkeiten, ihre Systeme in Bezug auf Leistung und Kosten effizienter zu gestalten. Daher suchen Sie nach Möglichkeiten, ihre Systemeffizienz zu verbessern und nach dem optimalen Elektromotor für ihre Anwendung. Eine häufige Frage bei der Suche nach dem am besten geeigneten Motor, ist die Entscheidung zwischen einem sogenannten Radialfluss- oder Axialfluss-Elektromotor. Wir bei Magnetic Innovations sind fest von der Topologie der Radialfluss-Permanentmagnetmotoren überzeugt. In diesem Artikel erläutern wir warum.

WAS BEDEUTET FLUSS BEI EINEM MOTOR?

Lassen Sie uns damit beginnen, was der Begriff „Fluss“ bedeutet. Er bezieht sich auf den Magnetfluss, der in Elektromotoren vorhanden ist und vom Magnetfeld der Permanentmagnete erzeugt wird. Der Magnetfluss wird in der Einheit Tesla (T) gemessen. Der Magnetfluss wird normalerweise durch mehrere Permanentmagnete erzeugt. Dies Magnete werden häufig aus seltenen Erden hergestellt, daher werden sie auch als Seltenerdmagnete bezeichnet. Im Hinblick auf Nachhaltigkeit ist es am besten, das Volumen des Magnetmaterials, das in Elektromotoren verwendet wird, weitestmöglich zu reduzieren.

Torque Motor MI-110 frameless

WORIN BESTEHT DER UNTESCHIED ZWISCHEN EINEM AXIAL- UND EINEM RADIALFLUSSMOTOR?

Die Bezeichnung „radial“ oder „axial“ kommt von der Richtung, in der die Permanentmagneten das Magnetfeld erzeugen. Wenn der Magnetfluss in radialer Richtung erzeugt wird, bezeichnet man den Motor als Radialflussmotor. Wenn der Magnetfluss in axialer Richtung erzeugt wird, bezeichnet man ihn als Axialflussmotor. Ein entscheidender Unterschied zwischen einem Radial- und einem Axialflussmotor ist die Menge an Permanentmagnetmaterial, das für eine bestimmte Leistung verwendet wird. Ein Axialflussmotor hat im Allgemeinen eine höhere Drehmomentdichte als ein Radialflussmotor. Der Axialflussmotor benötigt in der Regel jedoch deutlich mehr Permanentmagnetmaterial, um diese höhere Drehmomentdichte zu erreichen.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen einem Axial- und einem Radialflussmotor ist die Herstellbarkeit und die einfache Konstruktion. Die Konstruktion eines Axialflussmotors ist komplex und birgt Herausforderungen, die mit verifizierten Produktions- und Konstruktionsmethoden nur schwierig zu lösen sind. Der Radialfluss-Permanentmagnetmotor profitiert von einer wesentlich geradlinigeren Konstruktion. Dies überträgt sich in eine einfachere Installation und Kostenvorteilen bei der mechanischen Konstruktion.

WORIN BESTEHEN DIE VORTEILE EINES RADIALFLUSS-PERMANENTMAGNETMOTORS?

Radialflussmotoren haben im Vergleich zu Axialflussmotoren ein deutlich geringeres Volumen an Permanentmagneten und sind daher nachhaltiger. Sie lassen sich einfacher einbauen und sind kostengünstiger. Die Radialflussmotoren von Magnetic Innovations nutzen die Außenläufertopologie und umfassen eine Reihe von Optimierungen, die den Gesamtwirkungsgrad erhöhen.

Die Magnetflusswege der Motoren werden durch die Nutzung konzentrierter Windungen kurz gehalten. Das trägt dazu bei, den Wicklungswiderstand (=Verluste) gering zu halten. Ein zweiter Vorteil besteht im relative großen Abstand/Arm zwischen dem Rotationszentrum des Motors und dem Luftspalt, in dem die Tangentialkräfte erzeugt werden. Daraus ergibt sich das Motordrehmoment. Je größer der Arm, mit dem eine bestimmte Tangentialkraft erzeugt wird, desto größer ist das resultierende Drehmoment, das ein Motor liefern kann.

Magnetfluss eines Axialflussmotors (linker Motor) im Vergleich zu einem Radialflussmotor (richtiger Motor)

WICHTIGE PARAMETER BEI DER AUSWAHL EINES RADIALFLUSS-PERMANENTMAGNETMOTORS

Um einen rahmenlosen Radialfluss-Torquemotor erfolgreich in Ihrer Anwendung einzusetzen, ist ein gründliches Verständnis der Anforderungen entscheidend. Bei richtigem Einsatz kann unser Radialflussmotor Wirkungsgrade von bis zu 94 % erreichen. Parameter, die sorgfältig abgewogen werden müssen, sind:

  • Drehmoment und Drehzahlanforderungen des Motors.
  • Drehmoment-Drehzahl-Kurve, in der das erforderliche Drehmoment für verschiedene Drehzahlen angegeben ist. Diese Spezifikationssätze werden auch als Workpoints bezeichnet.
  • Die thermischen Begrenzungen der Anwendung und die gewählten Kühlmittel (Luft-/Zwangsluft- oder Wasserkühlung).

Mit Hilfe der Drehmoments- und Drehzahldaten kann die resultierende Leistung für jeden Workpoint 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 Workpoint bekannt sind.

Drehmoment-/Power-to-Speed-Diagramm Elektromotor

Torque [Nm]

Drehmoment [Nm]

Speed [rpm]

Drehzahl [U/min]

Power [W]

Leistung [W]

Torque

Drehmoment

Power

Leistung

LEISTUNGSDICHTE UND WÄRMEABLEITUNG BEI EINEM RADIALFLUSS-PERMANENTMAGNETMOTOR

Die Leistungsdichte von Permanentmagnet-Elektromotoren ist wesentlich höher als bei klassischen Wechselstrom-Induktionsmotoren. Um jedoch eine gute Leistungsdichte zu erreichen, ist eine effiziente Wärmeableitung aus dem Motorinneren entscheidend. Bei der Betrachtung eines Radialfluss-Permanentmagnetmotors ist es wichtig, die Einschaltdauer und die Wärmeableitung vom Stator zur Umgebung zu berücksichtigen.

Wenn die von den Spulen erzeugte Wärme nicht durch Konduktion an die Umgebung abgegeben werden kann, kann eine Zwangsbelüftung (mittels eines Ventilators, der Luft durch die Statorwicklungen drückt) oder eine Wasserkühlungsmanschette in Betracht gezogen werden. Eine Wasserkühlung ist am besten in der Lage, hohe Wärmelasten zu bewältigen und kann daher am besten eingesetzt werden, wenn hohe Leistungsdichten erreicht werden müssen.

AUSWAHL EINES MOTORANTRIEBS FÜR EINEN RADIALFLUSS-PERMANENTMAGNETMOTOR

Zu guter Letzt, die Auswahl des richtigen Motorantriebs. Es gibt zwei Herangehensweisen. Welcher dieser Ansätze am sinnvollsten ist, hängt von den erforderlichen Workpoints (Drehmoment und Drehzahl) der Anwendung ab. Sie können einen Antrieb folgendermaßen auswählen.

  • Auswahl des Antriebs anhand der Motorparameter.
    Der Motor benötigt die richtigen Spannungs- und Stromstärkenbereiche, um die maximale Drehzahl (Spannung) und das maximale Drehmoment (Stromstärke) zu erreichen, die für die Anwendung vorgesehen sind. Der ausgewählte Antrieb sollte unter allen Anwendungsbedingungen dieser Spannung und dieser Stromstärke entsprechen. Er muss ebenfalls in der Lage sein, die elektrische Motorfrequenz zu verarbeiten, die von der Drehzahl und der Anzahl der im Motor eingesetzten Polpaare abhängig ist.

  • Anpassen der Motorparameter an den Antrieb.
    Die Wicklung des Motors kann so gewählt werden, dass sie zu einem verfügbaren Motorantrieb passen, aber dabei gibt es Einschränkungen. Die maximale Spannung ist aus Sicherheitsgründen begrenzt. Bei Magnetic Innovations sind die meisten unserer Radialfluss-Permanentmagnetmotoren für dreiphasige 400-VRMS-Systeme (mit einem max. 600 V Gleichspannungsbus) geeignet. Sie können aber auch in Niederspannungsanlagen (24 V Gleichspannungsbus) eingesetzt werden. Die schließt Li-Ion oder andere Batteriestromquellen mit ein.

ZUSAMMENFASSEND

In diesem Artikel haben wir die Unterschiede, einschließlich der Vor- und Nachteile von Radial- und Axialflussmotoren erläutert. Wir bei Magnetic Innovations sind davon überzeugt, dass unsere Außenläufer-Radialflussmotoren im Vergleich zu Axialflussmotoren einige Vorteile in Bezug auf Konstruktion, Herstellbarkeit, Gehalt an seltenen Erden, Kosten und Effizienz bieten.

Wenn Sie die Integration eines Radialfluss-Permanentmagnetmotors in Ihre Anwendung in Erwägung ziehen, sollten Sie sich über die Betriebsbedingungen im Klaren sein, da diese Ihre Anforderungen an Drehmoment und Drehzahl, das Kühlverfahren und die Wahl des Antriebs bestimmen. Ingenieure, denen es gelingt, alle diese Parameter zu erfüllen, befinden sich mit unseren rahmenlosen Radialfluss-Torquemotoren auf einem vernünftigen Weg zu beeindruckenden Leistungsdichten und Wirkungsgraden.

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