Bedrijven zijn constant op zoek naar manieren om hun systemen efficiënter te maken. Vooral verbeteringen op het gebied van prestatie, duurzaamheid en kosten staan hoog op de lijst. Een mogelijke manier om de efficiëntie te verbeteren is door een elektromotor in het systeem te integreren. Bij de zoektocht naar de best passende elektromotor, is of ze moeten kiezen tussen een radial flux of axial flux elektromotor. Bij Magnetic Innovations geloven we sterk in de topologie van de radial flux permanent magneetmotor. In dit artikel leggen we uit wat een radial en axial fluxmotor inhoudt en wat de voor en nadelen van deze elektromotoren zijn.
Wat is flux in een motor?
Laten we beginnen met te verduidelijken wat "flux" betekend. Het verwijst naar de magnetische flux die aanwezig is in elektrische motoren en wordt veroorzaakt door het magnetisch veld van de permanente magneten. De magnetische flux wordt gemeten in eenheid tesla (T). De magnetische flux wordt gewoonlijk opgelegd door meervoudige permanente magneten. Deze magneten zijn vaak gemaakt van zeldzaam aardmetalen. Met het oog op duurzaamheid is het belangrijk om het volume van het magnetisch materiaal, dat in elektromotoren wordt gebruikt, zo klein mogelijk te houden.
Wat is het verschil tussen een axial en radial flux motor?
De term "radiaal" of "axiaal" geeft de richting aan waarin de permanente magneten het magnetisch veld opleggen in een elektromotor. Wanneer de flux in de radiale richting wordt opgelegd, wordt de motor een radial fluxmotor genoemd. Wanneer de flux in axiale richting wordt opgelegd, spreekt men van een axial fluxmotor. Een cruciaal verschil tussen de radial en axial fluxmotor is de hoeveelheid permanent magneetmateriaal die wordt gebruikt voor een gegeven prestatie. Een axial fluxmotor heeft over het algemeen een hogere koppeldichtheid dan een radial fluxmotor. De axial fluxmotor gebruikt echter aanzienlijk meer permanent magneetmateriaal om deze hogere koppeldichtheid te bereiken.
Een ander belangrijk verschil tussen een axial en een radial fluxmotor is de fabriceerbaarheid en het bouwgemak. De constructie van een axial fluxmotor is complex en brengt uitdagingen met zich mee die moeilijk op te lossen zijn met behulp van geverifieerde productie- en constructiemethoden. De constructie van de radial flux permanent magneetmotor is daarentegen veel simpeler. Dit vertaalt zich in een eenvoudigere installatie en een kostenvoordeel wat de mechanische constructie betreft
Wat zijn de voordelen van een permanente magneetmotor met radial flux?
De radial fluxmotoren hebben als voordeel dat ze een aanzienlijk kleiner volume permanente magneten gebruiken in vergelijking met axial fluxmotoren. Ze zijn hierdoor dus duurzamer. Ze zijn ook gemakkelijker te installeren en ze zijn goedkoper. De radial flux motoren van Magnetic Innovations maken gebruik van de buitenloper topologie en bevatten een aantal optimalisaties die de algemene efficiëntie verbeteren.
Zo worden de fluxwegen van de motoren kort gehouden door gebruik te maken van geconcentreerde wikkelingen. Dit helpt om de wikkelweerstand (=verliezen) laag te houden. Een tweede voordeel is de relatief grote afstand tussen het rotatiecentrum van de motor en de luchtspleet waarin de tangentiële krachten worden opgewekt. Die resulteren in motorkoppel. Hoe groter de arm waarbij een bepaalde tangentiële kracht wordt opgewekt, hoe groter het resulterende koppel dat een motor kan leveren.
Magnetische fluxpad van een axiale fluxmotor (links) versus een radiale fluxmotor (rechts)
Belangrijke parameters bij de keuze van een radial flux permanent magneetmotor
Om een radial flux permanent magneetmotor met succes in uw toepassing toe te passen, is een grondig begrip van de vereisten van cruciaal belang. Bij correct gebruik kan onze radial fluxmotor rendementen tot 94% behalen, vandaar dat dit een belangrijk onderdeel is van het proces. Parameters die zorgvuldig moeten worden overwogen zijn:
- Koppel- en toerentalvereisten van de motor.
- Koppel-snelheidscurve, waarbij het vereiste koppel bij verschillende snelheden wordt gespecificeerd. Deze specificatie sets zijn ook bekend als werkpunten.
- De thermische beperkingen van de toepassing en de gekozen koelmiddelen (lucht- of geforceerde luchtkoeling of waterkoeling).
Met behulp van de koppel- en toerentalgegevens kan voor elk werkpunt het resulterende vermogen worden berekend met P_(mech ) [W] = T [Nm] * ω [rad/s]. Uiteraard kan deze vergelijking ook worden gebruikt voor het bepalen van het vereiste koppel, wanneer toerental en vermogen voor een bepaald werkpunt bekend zijn.
Grafiek van koppel/vermogen versus snelheid voor een elektrische motor
Vermogensdichtheid en warmteafvoer radiale flux permanente magneetmotor
De vermogensdichtheid van permanente magneet elektromotoren is aanzienlijk hoger dan die van de klassieke AC-inductiemotoren. Om een behoorlijke vermogensdichtheid te bereiken, is een efficiënte warmteafvoer van het binnenwerk van de motor van cruciaal belang. Bij een permanent magneetmotor met radial flux is het van belang rekening te houden met de duty cycle en het thermische pad van de stator naar de omgeving.
Als de warmte die door de spoelen wordt gegenereerd niet door middel van geleiding naar de omgeving kan worden afgevoerd, kan geforceerde lucht (door middel van een ventilator die lucht door de statorwikkelingen duwt) of een waterkoelmantel worden overwogen. Waterkoeling is het best in staat om hoge warmtebelastingen aan te kunnen en kan daarom het best worden gebruikt wanneer hoge vermogensdichtheden vereist zijn.
Selecteren van een motoraandrijving voor een radial flux elktromotor
Er zijn twee manieren om het selecteren van een motoraandrijving te benaderen. Welke van deze benaderingen het meest zinvol is, hangt af van de vereiste werkpunten (koppel en snelheid) van de toepassing. U kunt een aandrijving kiezen door:
- De aandrijving te selecteren op basis van de parameters van de motor.
De motor heeft de juiste spannings- en stroombereik nodig om de maximale snelheid (spanning) en het maximale koppel (stroom) te ondersteunen die voor de toepassing nodig zijn. De gekozen regelaar moet onder alle omstandigheden van de toepassing met deze spanning en stroom overeenkomen. Hij moet ook in staat zijn de elektrische frequentie van de motor te verwerken, die afhangt van het toerental en het aantal poolparen dat in de motor wordt gebruikt. - Afstemmen van de motorparameters op de aandrijving.
De wikkeling van de motor kan zo worden gekozen dat deze past bij een beschikbare motoraandrijving, maar er zijn beperkingen. De maximale spanning is om veiligheidsredenen beperkt, bij Magnetic Innovations zijn de meeste van onze radiale flux permanente magneetmotoren geschikt voor driefasige systemen van 400 VRMS (met een bus van max. 600 Vdc). Maar ze werken ook in laagspanningstoepassingen (24 Vdc bus). Dit omvat Lion of andere batterijvoedingsbronnen.
Conclusie
In dit artikel hebben we de verschillen, met daarbij de voor- en nadelen, van radiale en axiale fluxmotoren toegelicht. Bij Magnetic Innovations zijn we van mening dat outer runner radiale fluxmotoren heel wat voordelen hebben op het vlak van constructie, fabriceerbaarheid, duurzaamheid, kosten en efficiëntie in vergelijking met axiale fluxmotoren.
Wanneer u de integratie van een permanente fluxmotor in uw toepassing overweegt, moet u zich bewust zijn van uw werkomstandigheden, aangezien die bepalend zijn voor uw koppel- en snelheidsvereisten, koelprincipe en keuze van de aandrijving. Ingenieurs die erin slagen al deze parameters goed te definiëren, zullen met onze frameloze motoren met radiaalfluxkoppel indrukwekkende vermogensdichtheden en rendementen kunnen behalen.
Video axial vs radial flux elektrische motor
Neem contact op met ons team
Als u een offerte wilt aanvragen, een vraag heeft over onze producten, of wilt weten wat wij speciaal voor u kunnen doen, neem dan contact met ons op. Wij zullen binnen 24 uur reageren op al uw vragen.
