Flux axial vs motoarele cu flux radial: când se potrivește mai bine un motor cu disc?

Majoritatea motoarelor electrice industriale folosesc un design cu flux radial.

Este o structură matură, utilizată pe scară largă, care funcționează bine în pompe, ventilatoare, transportoare, compresoare și nenumărate alte mașini.

Motoarele cu flux axial adoptă o abordare diferită.

În loc să aranjeze câmpul magnetic în principal pe raza unui motor cilindric, un motor cu flux axial direcționează fluxul magnetic de-a lungul axei arborelui. Acest lucru creează construcția familiară plată, în formă de disc, motiv pentru care motoarele cu flux axial sunt denumite în mod obișnuit motoare cu disc.

Geometria diferită poate crea avantaje utile, dar nu înseamnă că un motor cu flux axial este automat alegerea potrivită pentru fiecare mașină.

Întrebarea adevărată este: de ce are nevoie aplicația de la motor?

Care este principala diferență dintre fluxul axial și radial?

Cea mai ușor diferență de văzut este forma.

Un motor convențional cu flux radial are în general un corp cilindric mai lung. Rotorul se rotește în interiorul sau în jurul unui stator, iar fluxul magnetic se deplasează în principal într-o direcție radială.

Un motor cu flux axial este de obicei mai lat și mai scurt.

Suprafețele sale magnetice active se confruntă una cu cealaltă printr-un spațiu de aer axial, permițând producerea cuplului pe o rază efectivă relativ mare.

Această geometrie modifică modul în care motorul utilizează spațiul de instalare.

O mașină cu mult spațiu axial poate să nu aibă niciun motiv să se îndepărteze de un motor radial convențional.

Dar când lungimea axială este limitată, un motor în formă de disc poate deschide o opțiune diferită de ambalare.

De ce contează diametrul motorului pentru cuplu

Cuplul nu este determinat doar de puterea motorului.

Contează și raza la care acționează forța electromagnetică.

Motoarele cu flux axial pot folosi un diametru activ relativ mare menținând în același timp motorul scurt în direcția axială. Acest lucru poate face ca arhitectura să fie atractivă pentru aplicațiile care necesită un cuplu substanțial fără un corp lung al motorului.

Asta nu înseamnă că fiecare motor cu flux axial produce automat mai mult cuplu decât fiecare motor radial.

Diametrul motorului, încărcarea magnetică, designul înfășurării, răcirea și viteza, toate afectează rezultatul final.

Dar geometria oferă designerilor o altă modalitate de a echilibra cuplul și spațiul de instalare.

Acest lucru este relevant în special în aplicațiile cu viteză mică și cuplu ridicat.

Acolo unde operarea la viteză mică și cuplu mare devine utilă

Multe sisteme industriale folosesc un motor de mare viteză împreună cu o cutie de viteze sau o altă treaptă mecanică de reducere.

Cutia de viteze convertește viteza motorului în viteză de ieșire mai mică și cuplu de ieșire mai mare.

În unele aplicații, un motor cu magnet permanent cu flux axial poate fi proiectat să funcționeze mai aproape de viteza necesară a mașinii.

Acest lucru poate reduce cantitatea de reducere mecanică necesară sau, în unele cazuri, poate sprijini un aranjament cu acționare directă.

Familia de produse cu flux axial și cu magnet permanent de la Jiangnan Electric include câteva exemple de acest tip de punct de operare.

JNPM520-30 este evaluat la 30 kW și 245 rpm cu un cuplu nominal de 1.169 N·m, în timp ce JNPM520-45 este evaluat la 45 kW și 245 rpm cu un cuplu nominal de 1.754 N·m. Aceeași familie de produse include și modele de viteză mai mare, cum ar fi JNPM275-7.5 de 7,5 kW la 1.450 rpm și JNPM275-15 de 15 kW la 3.000 rpm.

Această gamă ilustrează un punct important: tehnologia cu flux axial nu se limitează la un domeniu de viteză sau la o singură aplicație.

Motorul trebuie încă proiectat în funcție de cerința reală de cuplu-viteză.

Un exemplu real cu antrenare directă: echipament de pompare cu fascicul

Una dintre aplicațiile practice ale Jiangnan Electric este motorul cu disc cu magnet permanent JNPM520-45 utilizat într-un sistem de antrenare cu pompare a fasciculului.

Configurația documentată este:

• putere nominala: 45 kW;
• viteza nominala: 245 rpm;
• cuplu nominal: 1.754 N·m;
• tensiune de alimentare: 380 V;
• grad de protectie: IP55;
• răcire: răcire naturală;
• montaj: orizontal;
• dispunerea arborelui: arbore tubular cu cheie.

Viteza redusă de funcționare și cuplul mare permit ca motorul să fie integrat diferit față de un motor industrial convențional de mare viteză.

În acest tip de aplicație, valoarea arhitecturii disc-motor nu este doar că motorul este „mai avansat”.

Beneficiul practic vine din potrivirea structurii motorului cu sistemul de transmisie.

Documentația produsului descrie în mod specific structura discului ca având o dimensiune axială scurtă și fiind potrivită pentru instalațiile în care spațiul axial este limitat, inclusiv conectarea directă la echipamentul de transmisie al unității de pompare.

Lungimea axială compactă poate schimba aspectul mașinii

Designerii de mașini se concentrează adesea pe puterea motorului și cuplul în primul rând.

Ambalajul fizic devine uneori o problemă abia mai târziu.

Un motor cu flux axial poate fi util atunci când spațiul disponibil este relativ larg în diametru, dar limitat de-a lungul direcției arborelui.

Exemplele tipice pot include:

• module compacte de acţionare industriale;
• mașini cu acționare directă;
• modernizarea echipamentelor;
• echipamente mobile;
• mașini cu lungime limitată a transmisiei.

Broșura actuală a motorului cu discuri a lui Jiangnan include o configurație industrială de 7,5 kW care funcționează la 1.450 rpm, împreună cu configurații de câmp petrolier cu viteză redusă de 30 kW și 45 kW. Broșura poziționează în mod specific forma axială scurtă ca fiind utilă pentru configurarea echipamentelor compacte.

Punctul important nu este că un motor axial este întotdeauna mai mic.

Proporțiile sale sunt pur și simplu diferite.

Un motor mai larg, mai plat poate rezolva problemele de ambalare pe care nu le poate rezolva un motor cilindric lung.

Dar eficiență?

Motoarele cu flux axial cu magnet permanent pot fi proiectate pentru un randament ridicat.

Calea lor magnetică scurtă și excitația cu magnet permanent pot reduce anumite pierderi în comparație cu unele structuri motrice convenționale.

Cu toate acestea, eficiența trebuie întotdeauna evaluată folosind datele actuale ale motorului și punctul de funcționare.

Eficiența motorului se modifică cu:

• viteză;
• încărca;
• design înfășurat;
• materiale magnetice;
• răcire;
• setările unității.

Pentru un cumpărător industrial, întrebarea utilă nu este: „Sunt motoarele cu flux axial mai eficiente?”

O întrebare mai bună este: „Ce eficiență atinge acest motor la viteza și sarcina în care funcționează în mod normal mașina mea?”

Această distincție contează deoarece multe mașini nu își petrec cea mai mare parte a timpului de funcționare la sarcina nominală exactă de 100%.

Dezvoltarea propriului disc-motor al lui Jiangnan folosește magneți permanenți împreună cu o structură cu flux axial și materiale nanocristaline moi-magnetice în modele selectate. Materialele companiei descriu obiectivul ca reducerea pierderilor magnetice și de înfășurare, menținând în același timp o structură compactă.

Pentru un proiect real, totuși, eficiența ar trebui să fie confirmată față de modelul de motor specific, mai degrabă decât aplicarea unui procent la întreaga familie de produse.

Un motor cu flux axial elimină întotdeauna cutia de viteze?

Nu.

Acesta este un alt punct care este adesea suprasimplificat.

Un motor cu flux axial poate fi proiectat pentru funcționare cu viteză mică și cuplu mare, ceea ce poate face posibilă acționarea directă la unele mașini.

Dar eliminarea cutiei de viteze depinde de cerințele:

• viteza de iesire;
• cuplu continuu;
• cuplul maxim;
• inerția mașinii;
• condiții de pornire;
• spațiu de instalare disponibil;
• strategie de conducere-control.

Dacă mașina necesită o gamă de viteză sau un raport de transmisie foarte diferit, o cutie de viteze poate fi totuși soluția mai bună.

Acționarea directă este o decizie a aplicației, nu o caracteristică automată a fiecărui motor de disc.

Designul termic încă contează

Un corp scurt al motorului nu înlătură necesitatea unei răciri adecvate.

Cuplul mare înseamnă încărcare electromagnetică mare, iar căldura generată trebuie să părăsească motorul.

Proiectările cu flux axial pot beneficia de suprafața lor mare, dar performanța termică reală depinde de structura internă și de metoda de răcire.

Diferitele aplicații industriale pot utiliza răcirea naturală, răcirea cu aer forțat sau răcirea lichidă.

Gama actuală de produse Jiangnan include diferite aranjamente de răcire pentru aplicații cu motoare cu flux axial și cu magnet permanent, mai degrabă decât o metodă de răcire pentru fiecare nivel de putere.

Pentru proiectele OEM, ciclul de funcționare și mediul de instalare trebuie, prin urmare, să fie luate în considerare împreună cu puterea nominală.

Fluxul axial nu este automat mai bun decât fluxul radial

Motoarele cu flux radial rămân soluția potrivită pentru un număr foarte mare de mașini.

Ei au procese de fabricație mature, standarde de cadru stabilite, disponibilitate largă a furnizorilor și practici de instalare bine înțelese.

Dacă un motor radial standard îndeplinește deja cerințele mașinii pentru dimensiune, eficiență, cuplu, cost și fiabilitate, schimbarea arhitecturii motorului poate adăuga muncă de dezvoltare inutilă.

Fluxul axial devine mai interesant atunci când aplicația are un motiv specific pentru a-l folosi.

Motivele tipice includ:

• spațiu de instalare axial limitat;
• funcționare la viteză mică, cu cuplu mare;
• interes pentru conducerea directă;
• cerință mare de cuplu într-un pachet compact;
• constrângeri de greutate sau de ambalare;
• o nevoie de a reproiecta trenul de transmisie, mai degrabă decât de a înlocui pur și simplu un motor standard existent.

Acesta este motivul pentru care mașina ar trebui să fie pe primul loc.

Ce ar trebui să ofere un OEM înainte de a alege un motor cu flux axial?

O solicitare precum „Avem nevoie de un motor cu flux axial de 30 kW” este un punct de plecare util, dar nu este suficient pentru selecția finală.

Pentru un proiect industrial, următoarele informații sunt mai utile:

• puterea nominală;
• viteza nominala;
• cuplu continuu;
• cuplul maxim necesar;
• Voltaj;
• intervalul de viteză de funcționare;
• ciclu de lucru;
• caracteristicile de sarcină;
• dimensiunile arborelui;
• metoda de montare;
• diametrul maxim disponibil al motorului;
• lungimea axială maximă admisă;
• conditii de racire;
• temperatura mediului ambiant;
• cerința de protecție;
• informații despre unitate sau invertor.

Pentru o mașină existentă, fotografiile, o plăcuță de identificare a motorului și un desen mecanic pot scurta procesul de selecție în mod semnificativ.

Pentru o conversie directă, informațiile despre cutia de viteze existentă și viteza finală de ieșire sunt, de asemenea, importante.

Opțiuni de motor electric cu flux axial Jiangnan

Hangzhou Jiangnan Electric Motor Co., Ltd. oferă în prezent motoare electrice cu flux axial, PMSM convenționale și alte platforme de motoare cu magnet permanent pentru aplicații industriale.

Familia actuală JNPM acoperă atât punctele de operare cu viteză mică, cuplu mare, cât și cu viteză mai mare. Exemplele includ:

Motorul trebuie totuși selectat din cerințele reale ale mașinii și nu numai din putere.

Pentru proiectele de dezvoltare și modernizare OEM, Jiangnan Electric poate revizui viteza clientului, cuplul, pachetul de instalare, sistemul de acționare și interfața mecanică înainte de a recomanda o configurație adecvată.

Alegeți arhitectura motorului din jurul mașinii

Principala diferență dintre motoarele cu flux axial și cu flux radial nu este doar forma.

Geometria electromagnetică diferită modifică modul în care motorul poate fi ambalat și modul în care poate fi dezvoltat cuplul în acel pachet.

Pentru o mașină convențională cu montare standard și mult spațiu de instalare, un motor cu flux radial poate rămâne cea mai practică alegere.

Pentru o mașină în care contează lungimea axială, cuplul la viteză mică sau simplificarea transmisiei, un motor cu flux axial poate oferi o alternativă utilă.

Cea mai bună decizie începe cu mașina: cuplul necesar → viteza necesară → spațiul disponibil → transmisie → ciclu de funcționare → răcire → arhitectura motorului.

Odată ce aceste condiții sunt clare, devine mult mai ușor să decideți dacă un motor cu disc este cu adevărat util sau pur și simplu diferit.

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

Disclaimer

Informațiile din acest articol sunt furnizate doar pentru referință generală. Specificațiile produsului, performanța, opțiunile de configurare și adecvarea trebuie evaluate în detaliu pentru aplicația prevăzută și condițiile reale de funcționare. Înainte de a selecta, cumpăra sau utiliza un produs, vă rugăm să confirmați detaliile relevante cu Jiangnan Electric și să consultați documentația tehnică aplicabilă și specificațiile convenite. Acest articol nu înlocuiește instrucțiunile specifice produsului sau o evaluare inginerească profesională.