Aksijalni fluks u odnosu na motore s radijalnim fluksom: Kada je disk motor bolji?

Većina industrijskih elektromotora koristi dizajn radijalnog fluksa.

To je zrela, široko korištena struktura koja dobro radi u pumpama, ventilatorima, transporterima, kompresorima i bezbrojnim drugim strojevima.

Motori s aksijalnim fluksom imaju drugačiji pristup.

Umjesto raspoređivanja magnetskog polja uglavnom preko polumjera cilindričnog motora, motor s aksijalnim fluksom usmjerava magnetski tok duž osi osovine. Ovo stvara poznatu ravnu konstrukciju u obliku diska, zbog čega se motori s aksijalnim fluksom također obično nazivaju disk motori.

Različita geometrija može stvoriti korisne prednosti, ali to ne znači da je motor s aksijalnim fluksom automatski pravi izbor za svaki stroj.

Pravo pitanje je: Što aplikaciji treba od motora?

Koja je glavna razlika između aksijalnog i radijalnog toka?

Najlakše je vidjeti razliku u obliku.

Konvencionalni motor s radijalnim fluksom općenito ima duže cilindrično tijelo. Rotor se okreće unutar ili oko statora, a magnetski tok putuje uglavnom u radijalnom smjeru.

Motor s aksijalnim fluksom obično je širi i kraći.

Njegove aktivne magnetske površine okrenute su jedna prema drugoj preko aksijalnog zračnog raspora, omogućujući proizvodnju momenta preko relativno velikog efektivnog radijusa.

Ova geometrija mijenja način na koji motor koristi instalacijski prostor.

Stroj s puno aksijalnog prostora možda nema razloga udaljavati se od konvencionalnog radijalnog motora.

Ali kada je aksijalna duljina ograničena, motor u obliku diska može otvoriti drugu opciju pakiranja.

Zašto je promjer motora bitan za moment

Okretni moment nije određen samo snagom motora.

Radijus na kojem elektromagnetska sila djeluje također je bitan.

Motori s aksijalnim fluksom mogu koristiti relativno veliki aktivni promjer dok motor održavaju kratkim u aksijalnom smjeru. To može učiniti arhitekturu privlačnom za aplikacije koje trebaju značajan okretni moment bez dugog tijela motora.

To ne znači da svaki motor s aksijalnim fluksom automatski proizvodi više momenta od svakog radijalnog motora.

Promjer motora, magnetsko opterećenje, dizajn namota, hlađenje i brzina utječu na konačni rezultat.

Ali geometrija daje dizajnerima još jedan način za balansiranje momenta i prostora za ugradnju.

Ovo je posebno važno u primjenama s malim brzinama i velikim zakretnim momentom.

Gdje rad s malom brzinom i velikim zakretnim momentom postaje koristan

Mnogi industrijski sustavi koriste motor velike brzine zajedno s mjenjačem ili drugim stupnjem mehaničke redukcije.

Mjenjač pretvara brzinu motora u nižu izlaznu brzinu i veći izlazni moment.

U nekim primjenama, motor s trajnim magnetom aksijalnog fluksa može se dizajnirati za rad bliže potrebnoj brzini stroja.

To može smanjiti količinu potrebne mehaničke redukcije ili u nekim slučajevima podržati izravni pogon.

Trenutna obitelj proizvoda s aksijalnim fluksom i trajnim magnetima tvrtke Jiangnan Electric uključuje nekoliko primjera ove vrste radnih točaka.

JNPM520-30 ima nazivnu snagu od 30 kW i 245 okretaja u minuti s nazivnim momentom od 1169 N·m, dok je JNPM520-45 nazivnu snagu od 45 kW i 245 okretaja u minuti s nazivnim momentom od 1754 N·m. Ista obitelj proizvoda također uključuje modele veće brzine kao što su 7,5 kW JNPM275-7.5 pri 1450 o/min i 15 kW JNPM275-15 pri 3000 o/min.

Ovaj raspon ilustrira važnu točku: tehnologija aksijalnog protoka nije ograničena na jedan raspon brzina ili jednu primjenu.

Motor još treba dizajnirati prema zahtjevima stvarnog momenta i brzine.

Pravi primjer izravnog pogona: oprema za pumpanje snopa

Jedna od praktičnih primjena Jiangnan Electrica je JNPM520-45 disk motor s trajnim magnetom koji se koristi u pogonskom sustavu za pumpanje zraka.

Dokumentirana konfiguracija je:

• nazivna snaga: 45 kW;
• nazivni broj okretaja: 245 o/min;
• nazivni zakretni moment: 1.754 N·m;
• napon napajanja: 380 V;
• stupanj zaštite: IP55;
• hlađenje: prirodno hlađenje;
• montaža: horizontalna;
• raspored osovine: šuplja osovina s klinom.

Niska radna brzina i veliki zakretni moment omogućuju da se motor integrira drugačije od konvencionalnog industrijskog motora velike brzine.

U ovoj vrsti primjene, vrijednost arhitekture disk-motora nije samo u tome što je motor "napredniji".

Praktična korist dolazi od usklađivanja strukture motora s pogonskim sklopom.

Dokumentacija proizvoda posebno opisuje strukturu diska kao kratku aksijalnu dimenziju i prikladnu za instalacije gdje je aksijalni prostor ograničen, uključujući izravnu vezu s prijenosnom opremom pumpne jedinice.

Kompaktna aksijalna duljina može promijeniti izgled stroja

Dizajneri strojeva često se prvo fokusiraju na snagu i moment motora.

Fizičko pakiranje ponekad postaje problem tek kasnije.

Motor s aksijalnim fluksom može biti koristan kada je raspoloživi prostor relativno širok u promjeru, ali ograničen duž smjera osovine.

Tipični primjeri mogu uključivati:

• kompaktni industrijski pogonski moduli;
• strojevi s izravnim pogonom;
• preinake opreme;
• mobilna oprema;
• strojevi s ograničenom duljinom pogona.

Jiangnanova trenutna brošura disk-motora uključuje industrijsku konfiguraciju od 7,5 kW koja radi na 1450 o/min, zajedno s konfiguracijama za naftna polja niske brzine od 30 kW i 45 kW. Brošura posebno pozicionira kratki aksijalni oblik kao koristan za kompaktne rasporede opreme.

Važna točka nije da je aksijalni motor uvijek manji.

Proporcije su mu jednostavno drugačije.

Širi, ravniji motor može riješiti probleme pakiranja koje dugi cilindrični motor ne može.

Što je s učinkovitošću?

Motori s aksijalnim fluksom s trajnim magnetima mogu se dizajnirati za visoku učinkovitost.

Njihov kratki magnetski put i pobuda permanentnim magnetom mogu smanjiti određene gubitke u usporedbi s nekim konvencionalnim strukturama motora.

Međutim, učinkovitost uvijek treba procijeniti pomoću stvarnih podataka o motoru i radne točke.

Učinkovitost motora mijenja se s:

• ubrzati;
• opterećenje;
• dizajn namota;
• magnetski materijali;
• hlađenje;
• postavke pogona.

Za industrijskog kupca, korisno pitanje nije: "Jesu li motori s aksijalnim fluksom učinkovitiji?"

Bolje pitanje glasi: "Koju učinkovitost ovaj motor postiže pri brzini i opterećenju pri kojima moj stroj normalno radi?"

Ova razlika je važna jer mnogi strojevi ne provode većinu svog radnog vremena na točno 100% nominalnog opterećenja.

Jiangnanov vlastiti razvoj disk-motora koristi trajne magnete zajedno sa strukturom aksijalnog toka i nanokristalnim mekim magnetskim materijalima u odabranim dizajnima. Materijali tvrtke opisuju cilj kao smanjenje magnetskih gubitaka i gubitaka namota uz održavanje kompaktne strukture.

Za stvarni projekt, međutim, učinkovitost treba potvrditi prema specifičnom modelu motora, a ne primjenjivati ​​jedan postotak na cijelu obitelj proizvoda.

Eliminira li motor s aksijalnim fluksom uvijek mjenjač?

Ne.

Ovo je još jedna točka koja se često previše pojednostavljuje.

Motor s aksijalnim fluksom može se dizajnirati za rad s malom brzinom i velikim momentom, što može omogućiti izravan pogon u nekim strojevima.

Ali uklanjanje mjenjača ovisi o potrebnom:

• izlazna brzina;
• kontinuirani zakretni moment;
• vršni zakretni moment;
• inercija stroja;
• početni uvjeti;
• raspoloživi prostor za ugradnju;
• strategija upravljanja pogonom.

Ako stroj zahtijeva vrlo različit raspon brzine ili prijenosni omjer, mjenjač bi ipak mogao biti bolje rješenje.

Izravni pogon je odluka o primjeni, a ne automatska značajka svakog disk motora.

Toplinski dizajn i dalje je važan

Kratko tijelo motora ne uklanja potrebu za pravilnim hlađenjem.

Veliki okretni moment znači visoko elektromagnetsko opterećenje, a proizvedena toplina i dalje mora napustiti motor.

Dizajni s aksijalnim protokom mogu imati koristi od svoje velike površine, ali stvarna toplinska izvedba ovisi o unutarnjoj strukturi i metodi hlađenja.

Različite industrijske primjene mogu koristiti prirodno hlađenje, hlađenje prisilnim zrakom ili hlađenje tekućinom.

Jiangnanov trenutni asortiman proizvoda uključuje različite rasporede hlađenja za aplikacije motora s aksijalnim fluksom i trajnim magnetom umjesto jedne metode hlađenja za svaku razinu snage.

Za OEM projekte, radni ciklus i okruženje instalacije stoga je potrebno razmotriti zajedno s nazivnom snagom.

Aksijalni tok nije automatski bolji od radijalnog toka

Motori s radijalnim fluksom ostaju pravo rješenje za vrlo velik broj strojeva.

Imaju zrele proizvodne procese, uspostavljene okvirne standarde, široku dostupnost dobavljača i dobro shvaćenu praksu ugradnje.

Ako standardni radijalni motor već zadovoljava zahtjeve stroja za veličinu, učinkovitost, okretni moment, cijenu i pouzdanost, promjena arhitekture motora može dodati nepotreban rad na razvoju.

Aksijalni tok postaje zanimljiviji kada aplikacija ima poseban razlog za njegovu upotrebu.

Tipični razlozi uključuju:

• ograničen aksijalni prostor za ugradnju;
• rad s malom brzinom i velikim momentom;
• interes za izravni pogon;
• visoki zakretni moment unutar kompaktnog paketa;
• ograničenja težine ili pakiranja;
• potreba za redizajniranjem pogonskog sklopa umjesto jednostavnom zamjenom postojećeg standardnog motora.

Zato bi stroj trebao biti na prvom mjestu.

Što bi OEM trebao osigurati prije odabira motora s aksijalnim fluksom?

Zahtjev poput "Trebamo motor s aksijalnim fluksom od 30 kW" je korisna polazna točka, ali nije dovoljan za konačni odabir.

Za industrijski projekt korisnije su sljedeće informacije:

• nazivna snaga;
• nazivna brzina;
• kontinuirani zakretni moment;
• potrebni vršni zakretni moment;
• napon;
• raspon radnih brzina;
• radni ciklus;
• karakteristike opterećenja;
• dimenzije osovine;
• način montaže;
• najveći raspoloživi promjer motora;
• najveća dopuštena aksijalna duljina;
• uvjeti hlađenja;
• temperatura okoline;
• zahtjev za zaštitu;
• informacije o pogonu ili pretvaraču.

Za postojeći stroj, fotografije, natpisna pločica motora i mehanički crtež mogu značajno skratiti proces odabira.

Za pretvorbu s direktnim pogonom također su važni podaci o postojećem mjenjaču i konačnoj izlaznoj brzini.

Opcije električnog aksijalnog motora Jiangnan

Hangzhou Jiangnan Electric Motor Co., Ltd trenutno nudi elektromotore s aksijalnim fluksom, konvencionalne PMSM i druge platforme motora s trajnim magnetima za industrijske primjene.

Trenutna obitelj JNPM pokriva radne točke niske brzine, velikog momenta i veće brzine. Primjeri uključuju:

Motor bi ipak trebao biti odabran prema stvarnim zahtjevima stroja, a ne samo prema snazi.

Za OEM razvojne i retrofit projekte, Jiangnan Electric može pregledati kupčevu brzinu, okretni moment, instalacijsku omotnicu, pogonski sustav i mehaničko sučelje prije nego što preporuči odgovarajuću konfiguraciju.

Odaberite arhitekturu motora oko stroja

Glavna razlika između motora s aksijalnim i radijalnim fluksom nije samo oblik.

Različita elektromagnetska geometrija mijenja način na koji se motor može pakirati i kako se okretni moment može razviti unutar tog paketa.

Za konvencionalni stroj sa standardnom montažom i puno prostora za ugradnju, motor s radijalnim fluksom može ostati najpraktičniji izbor.

Za stroj kod kojeg su bitni aksijalna duljina, moment male brzine ili pojednostavljenje pogonskog sklopa, motor s aksijalnim fluksom može pružiti korisnu alternativu.

Najbolja odluka počinje sa strojem: potrebni okretni moment → potrebna brzina → raspoloživi prostor → pogon → radni ciklus → hlađenje → arhitektura motora.

Nakon što su ti uvjeti jasni, postaje puno lakše odlučiti je li disk motor uistinu koristan ili je jednostavno drugačiji.

Hangzhou Jiangnan Electric Motor Co., Ltd. | www.jnelectricmotor.com

Odricanje

Podaci u ovom članku služe samo kao opća referenca. Specifikacije proizvoda, performanse, opcije konfiguracije i prikladnost moraju se detaljno procijeniti za namjeravanu primjenu i stvarne radne uvjete. Prije odabira, kupnje ili korištenja proizvoda, potvrdite relevantne detalje s Jiangnan Electricom i pogledajte primjenjivu tehničku dokumentaciju i dogovorene specifikacije. Ovaj članak ne zamjenjuje upute specifične za proizvod ili profesionalnu inženjersku procjenu.