Les entreprises présentes sur le marché actuel recherchent des moyens de rendre leurs systèmes plus efficaces en termes de performances et de coûts. En tant que tels, ils recherchent des moyens d’améliorer l’efficacité de leur système et le moteur électrique optimal à intégrer dans leur application. Une question courante qui se pose, dans la recherche du moteur électrique le mieux adapté, est le choix entre un moteur électrique dit à flux radial ou à flux axial. Chez Magnetic Innovations , nous croyons fermement à la topologie des moteurs à aimants permanents à flux radial. Dans cet article, nous expliquerons pourquoi.
Qu'est-ce que le flux dans un moteur ?
Commençons par clarifier ce que signifie le mot « flux ». Il fait référence au flux magnétique présent dans les moteurs électriques et provoqué par le champ magnétique des aimants permanents. Le flux magnétique est mesuré en unité tesla (T). Le flux magnétique est normalement imposé par plusieurs aimants permanents. Ces aimants sont souvent constitués de matériaux de terres rares, c'est pourquoi ils sont appelés aimants permanents de terres rares. Dans un souci de durabilité, il est préférable de réduire autant que possible le volume de matériau magnétique utilisé dans les moteurs électriques.
Quelle est la différence entre un moteur à flux axial et radial ?
Le nom « radial » ou « axial » vient de la direction dans laquelle les aimants permanents imposent le champ magnétique. Lorsque le flux est imposé dans la direction radiale le moteur est appelé moteur à flux radial. Lorsque le flux est imposé dans la direction axiale, on parle de moteur à flux axial. Une différence critique entre le moteur à flux radial et axial réside dans la quantité de matériau à aimant permanent utilisée pour une performance donnée. Un moteur à flux axial a généralement une densité de couple plus élevée qu'un moteur à flux radial. Cependant, le moteur à flux axial utilise généralement beaucoup plus de matériau à aimant permanent pour obtenir cette densité de couple plus élevée.
Une autre différence importante entre le moteur à flux axial et radial est la facilité de fabrication et la facilité de construction. La construction d'un moteur à flux axial est complexe et implique des défis difficiles à résoudre à l'aide de méthodes de production et de construction éprouvées. Le moteur à aimant permanent à flux radial bénéficie d’une construction beaucoup plus simple. Cela se traduit par une installation plus facile et un avantage en termes de coût en termes de construction mécanique.
Quels sont les avantages d’un moteur à aimant permanent à flux radial ?
Les moteurs à flux radial ont un volume d'aimants permanents considérablement réduit par rapport aux moteurs à flux axial et sont donc plus durables. Ils sont également plus faciles à installer et coûtent moins cher. Les moteurs à flux radial de Magnetic Innovations utilisent la topologie du rotor externe et intègrent un certain nombre d'optimisations qui améliorent le rendement global.
Les trajets de flux des moteurs sont maintenus courts grâce à l'utilisation d'enroulements concentrés. Cela permet de maintenir la résistance d'enroulement (= pertes) faible. Un deuxième avantage est la distance/bras relativement grande entre le centre de rotation du moteur et l'entrefer dans lequel les forces tangentielles sont générées. Ce qui se traduit par un couple moteur. Plus le bras sur lequel une certaine force tangentielle est générée est grand, plus le couple résultant qu'un moteur peut fournir est important.
Magnetic flux path of an axial flux motor (left) vs. a radial flux motor (right)
Paramètres importants lors du choix d'un moteur à aimant permanent à flux radial
Pour appliquer avec succès un moteur couple sans cadre à flux radial dans votre application, une compréhension approfondie des exigences est cruciale. Lorsqu'il est utilisé correctement, notre moteur à flux radial peut atteindre des rendements allant jusqu'à 94 %. Les paramètres à considérer attentivement sont :
- Exigences de couple et de vitesse du moteur.
- Courbe couple-vitesse, où le couple requis à différentes vitesses est spécifié. Ces ensembles de spécifications sont également appelés points de travail.
- Les limites thermiques de l’application et le moyen de refroidissement choisi (refroidissement air/air pulsé ou eau).
À l'aide des données de couple et de vitesse, la puissance résultante peut être calculée pour chaque point de travail en utilisant P_(mech ) [W] = T [Nm] * ω [rad/s]. Bien entendu, cette équation peut également être utilisée pour déterminer le couple requis, lorsque la vitesse et la puissance sont connues pour un point de travail donné.
Torque / Power to Speed chart electric motor
Moteur à aimant permanent à flux radial et à densité de puissance et évacuation de la chaleur
La densité de puissance des moteurs électriques à aimants permanents est considérablement supérieure à celle des moteurs à induction AC classiques. Cependant, pour obtenir une densité de puissance décente, une évacuation efficace de la chaleur des composants internes du moteur est essentielle. Lorsque l'on envisage un moteur à aimant permanent à flux radial, il est important de prendre en compte le cycle de service et le chemin thermique du stator à l'environnement.
Si la chaleur générée par les bobines ne peut pas être évacuée vers l'environnement par conduction, de l'air forcé (au moyen d'un ventilateur poussant l'air à travers les enroulements du stator) ou un manchon de refroidissement par eau peut être envisagé. Le refroidissement par eau est le mieux à même de gérer des charges thermiques élevées et peut donc être mieux utilisé lorsque des densités de puissance élevées sont requises.
Sélection d'un entraînement moteur pour un moteur à aimant permanent à flux radial
Dernier point mais non le moindre : le choix du bon entraînement motorisé. Il y a deux façons d’aborder cela. Laquelle de ces approches est la plus logique dépend des points de travail requis (couple et vitesse) de l'application. Vous pouvez choisir un trajet par :
- Sélection du variateur en fonction des paramètres du moteur.
Le moteur nécessite les plages de tension et de courant appropriées pour prendre en charge la vitesse maximale (tension) et le couple maximal (courant) envisagés pour l'application. Le variateur sélectionné doit correspondre à cette tension et à ce courant dans toutes les conditions d'application. Il doit également être capable de gérer la fréquence électrique du moteur, qui dépend du régime et du nombre de paires de pôles utilisées dans le moteur. - Adaptation des paramètres du moteur au variateur.
Le bobinage du moteur peut être sélectionné pour s'adapter à un entraînement moteur disponible, mais il existe des limites. La tension maximale est limitée pour des raisons de sécurité, chez Magnetic Innovations, la plupart de nos moteurs à aimants permanents à flux radial sont adaptés à la gestion de systèmes triphasés 400 VRMS (avec un bus max. 600 Vdc). Mais ils fonctionneront également dans des applications basse tension (bus 24 Vdc). Cela inclut Lion ou d’autres sources d’alimentation par batterie.
En conclusion
Dans cet article, nous avons expliqué les différences, y compris les avantages et les inconvénients, des moteurs à flux radial et axial. Chez Magnetic Innovations , nous pensons que nos moteurs à flux radial canal extérieur présentent de nombreux avantages en termes de construction, de fabricabilité, de teneur en terres rares, de coût et d'efficacité par rapport aux moteurs à flux axial.
Lorsque vous envisagez l'intégration d'un moteur à aimant permanent à flux radial dans votre application, soyez conscient de vos conditions de travail car celles-ci détermineront vos exigences de couple et de vitesse, le principe de refroidissement et le choix du variateur. Les ingénieurs qui parviennent à cocher les cases de tous ces paramètres se trouveront sur une voie raisonnable pour obtenir des densités de puissance et des rendements impressionnants avec nos moteurs couple à flux radial sans cadre.
Vidéo Moteur électrique à flux axial ou radial
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