Motory s axiálnym tokom vs. motory s radiálnym tokom: Kedy je kotúčový motor vhodnejší?

Väčšina priemyselných elektromotorov používa dizajn s radiálnym tokom.

Je to vyspelá, široko používaná konštrukcia, ktorá dobre funguje v čerpadlách, ventilátoroch, dopravníkoch, kompresoroch a nespočetných ďalších strojoch.

Motory s axiálnym tokom majú iný prístup.

Namiesto usporiadania magnetického poľa hlavne cez polomer valcového motora, motor s axiálnym tokom smeruje magnetický tok pozdĺž osi hriadeľa. To vytvára známu plochú, kotúčovú konštrukciu, a preto sa axiálne motory bežne nazývajú aj kotúčové motory.

Odlišná geometria môže priniesť užitočné výhody, ale to neznamená, že axiálny motor je automaticky tou správnou voľbou pre každý stroj.

Skutočná otázka znie: Čo potrebuje aplikácia od motora?

Aký je hlavný rozdiel medzi axiálnym a radiálnym tokom?

Najľahšie vidieť rozdiel je v tvare.

Bežný motor s radiálnym tokom má vo všeobecnosti dlhšie valcové telo. Rotor sa otáča vnútri alebo okolo statora a magnetický tok sa šíri hlavne v radiálnom smere.

Motor s axiálnym tokom je zvyčajne širší a kratší.

Jeho aktívne magnetické povrchy smerujú k sebe cez axiálnu vzduchovú medzeru, čo umožňuje vytvárať krútiaci moment na relatívne veľkom efektívnom polomere.

Táto geometria mení spôsob, akým motor využíva inštalačný priestor.

Stroj s dostatkom axiálneho priestoru nemusí mať dôvod vzďaľovať sa od konvenčného radiálneho motora.

Ale keď je axiálna dĺžka obmedzená, motor v tvare disku môže otvoriť inú možnosť balenia.

Prečo je priemer motora dôležitý pre krútiaci moment

Krútiaci moment nie je určený iba výkonom motora.

Dôležitý je aj polomer, na ktorom pôsobí elektromagnetická sila.

Motory s axiálnym tokom môžu využívať relatívne veľký aktívny priemer pri udržiavaní krátkeho motora v axiálnom smere. To môže urobiť architektúru atraktívnou pre aplikácie, ktoré vyžadujú značný krútiaci moment bez dlhého telesa motora.

To neznamená, že každý motor s axiálnym tokom automaticky produkuje väčší krútiaci moment ako každý radiálny motor.

Priemer motora, magnetické zaťaženie, konštrukcia vinutia, chladenie a rýchlosť, to všetko ovplyvňuje konečný výsledok.

Geometria však poskytuje dizajnérom iný spôsob, ako vyvážiť krútiaci moment a inštalačný priestor.

Toto je obzvlášť dôležité pri aplikáciách s nízkou rýchlosťou a vysokým krútiacim momentom.

Kde sa stáva užitočná prevádzka s nízkou rýchlosťou a vysokým krútiacim momentom

Mnoho priemyselných systémov používa vysokorýchlostný motor spolu s prevodovkou alebo iným mechanickým redukčným stupňom.

Prevodovka premieňa otáčky motora na nižšie výstupné otáčky a vyšší výstupný krútiaci moment.

V niektorých aplikáciách môže byť motor s axiálnym tokom s permanentným magnetom navrhnutý tak, aby pracoval bližšie k požadovanej rýchlosti stroja.

To môže znížiť množstvo potrebnej mechanickej redukcie alebo v niektorých prípadoch podporiť usporiadanie s priamym pohonom.

Súčasný rad produktov Jiangnan Electric s axiálnym tokom a permanentnými magnetmi zahŕňa niekoľko príkladov tohto typu pracovného bodu.

JNPM520-30 je dimenzovaný na 30 kW a 245 ot./min s menovitým krútiacim momentom 1 169 N·m, zatiaľ čo model JNPM520-45 má menovitý výkon 45 kW a 245 ot./min. s menovitým krútiacim momentom 1 754 N·m. Rovnaký rad produktov zahŕňa aj modely s vyššou rýchlosťou, ako napríklad 7,5 kW JNPM275-7,5 pri 1 450 ot./min a 15 kW JNPM275-15 pri 3 000 ot./min.

Tento rozsah ilustruje dôležitý bod: technológia axiálneho toku nie je obmedzená na jeden rozsah otáčok alebo jednu aplikáciu.

Motor je stále potrebné navrhnúť podľa aktuálnej požiadavky na krútiaci moment a rýchlosť.

Príklad skutočného priameho pohonu: Zariadenie na čerpanie lúčov

Jednou z praktických aplikácií Jiangnan Electric je kotúčový motor s permanentným magnetom JNPM520-45 používaný v systéme pohonu čerpajúceho lúč.

Zdokumentovaná konfigurácia je:

• menovitý výkon: 45 kW;
• menovité otáčky: 245 ot./min.;
• menovitý krútiaci moment: 1 754 N·m;
• napájacie napätie: 380 V;
• stupeň ochrany: IP55;
• chladenie: prirodzené chladenie;
• montáž: horizontálna;
• usporiadanie hriadeľa: kľúčovaný dutý hriadeľ.

Nízka prevádzková rýchlosť a vysoký krútiaci moment umožňujú integráciu motora odlišne od bežného vysokorýchlostného priemyselného motora.

V tomto type aplikácie hodnota architektúry kotúčového motora nespočíva len v tom, že motor je „pokročilejší“.

Praktická výhoda spočíva v prispôsobení konštrukcie motora hnaciemu ústrojenstvu.

Produktová dokumentácia špecificky popisuje štruktúru disku ako s krátkym axiálnym rozmerom a je vhodná pre inštalácie, kde je axiálny priestor obmedzený, vrátane priameho pripojenia k prenosovému zariadeniu čerpacej jednotky.

Kompaktná axiálna dĺžka môže zmeniť rozloženie stroja

Konštruktéri strojov sa často najprv zameriavajú na výkon motora a krútiaci moment.

Fyzické balenie sa niekedy stáva problémom až neskôr.

Motor s axiálnym tokom môže byť užitočný, keď má dostupný priestor relatívne široký priemer, ale je obmedzený v smere hriadeľa.

Typické príklady môžu zahŕňať:

• kompaktné priemyselné moduly pohonu;
• stroje s priamym pohonom;
• retrofity zariadení;
• mobilné zariadenia;
• stroje s obmedzenou dĺžkou hnacieho ústrojenstva.

Aktuálna brožúra spoločnosti Jiangnan s kotúčovými motormi obsahuje priemyselnú konfiguráciu s výkonom 7,5 kW pracujúcu pri 1 450 ot./min., spolu s konfiguráciami pre nízkorýchlostné ropné polia s výkonom 30 kW a 45 kW. Brožúra špecificky uvádza krátku axiálnu formu ako užitočnú pre kompaktné usporiadanie zariadení.

Dôležité nie je, že axiálny motor je vždy menší.

Jeho proporcie sú jednoducho iné.

Širší, plochejší motor môže vyriešiť problémy s balením, ktoré dlhý valcový motor nedokáže.

A čo účinnosť?

Motory s permanentným magnetom s axiálnym tokom môžu byť navrhnuté pre vysokú účinnosť.

Ich krátka magnetická dráha a budenie permanentným magnetom môže znížiť určité straty v porovnaní s niektorými konvenčnými motorovými štruktúrami.

Účinnosť by sa však mala vždy hodnotiť pomocou skutočných údajov motora a prevádzkového bodu.

Účinnosť motora sa mení s:

• rýchlosť;
• zaťaženie;
• dizajn vinutia;
• magnetické materiály;
• chladenie;
• nastavenia pohonu.

Pre priemyselného kupujúceho nie je užitočná otázka: "Sú motory s axiálnym tokom efektívnejšie?"

Lepšia otázka znie: "Akú účinnosť tento motor dosahuje pri rýchlosti a zaťažení, pri ktorom bežne pracuje môj stroj?"

Tento rozdiel je dôležitý, pretože mnoho strojov nestrávi väčšinu svojho prevádzkového času pri presne 100% menovitom zaťažení.

Vlastný vývoj diskových motorov Jiangnan využíva permanentné magnety spolu s axiálnou tokovou štruktúrou a nanokryštalickými mäkkými magnetickými materiálmi vo vybraných dizajnoch. Materiály spoločnosti popisujú cieľ ako zníženie magnetických strát a strát vinutím pri zachovaní kompaktnej konštrukcie.

V prípade skutočného projektu by sa však účinnosť mala potvrdiť v porovnaní s konkrétnym modelom motora, a nie aplikovať jedno percento na celú skupinu produktov.

Eliminuje axiálny motor vždy prevodovku?

Nie

Toto je ďalší bod, ktorý je často príliš zjednodušený.

Motor s axiálnym tokom môže byť navrhnutý pre prevádzku s nízkymi otáčkami a vysokým krútiacim momentom, čo môže u niektorých strojov umožniť priamy pohon.

Odstránenie prevodovky však závisí od požadovaného:

• výstupná rýchlosť;
• trvalý krútiaci moment;
• špičkový krútiaci moment;
• zotrvačnosť stroja;
• štartovacie podmienky;
• dostupný inštalačný priestor;
• stratégia riadenia pohonu.

Ak stroj vyžaduje veľmi odlišný rozsah otáčok alebo prevodový pomer, prevodovka môže byť stále lepším riešením.

Priamy pohon je rozhodnutie o aplikácii, nie automatická funkcia každého kotúčového motora.

Na tepelnom dizajne stále záleží

Krátke telo motora neodstraňuje potrebu správneho chladenia.

Vysoký krútiaci moment znamená vysoké elektromagnetické zaťaženie a generované teplo musí stále opúšťať motor.

Dizajn s axiálnym tokom môže ťažiť zo svojej veľkej plochy, ale skutočný tepelný výkon závisí od vnútornej štruktúry a spôsobu chladenia.

Rôzne priemyselné aplikácie môžu využívať prirodzené chladenie, chladenie núteným vzduchom alebo chladenie kvapalinou.

Súčasný sortiment Jiangnan zahŕňa rôzne chladiace zariadenia pre aplikácie motorov s axiálnym tokom a permanentnými magnetmi namiesto jednej metódy chladenia pre každú úroveň výkonu.

Pri projektoch OEM je preto potrebné brať do úvahy pracovný cyklus a prostredie inštalácie spolu s menovitým výkonom.

Axiálny tok nie je automaticky lepší ako radiálny tok

Radiálne motory zostávajú tým správnym riešením pre veľmi veľký počet strojov.

Majú vyspelé výrobné procesy, zavedené rámové štandardy, širokú dostupnosť dodávateľov a dobre pochopené inštalačné postupy.

Ak štandardný radiálny motor už spĺňa požiadavky stroja na veľkosť, účinnosť, krútiaci moment, náklady a spoľahlivosť, zmena architektúry motora môže pridať zbytočnú vývojovú prácu.

Axiálny tok sa stáva zaujímavejším, keď má aplikácia konkrétny dôvod na jeho použitie.

Medzi typické dôvody patria:

• obmedzený axiálny inštalačný priestor;
• prevádzka s nízkou rýchlosťou a vysokým krútiacim momentom;
• záujem o priamy pohon;
• požiadavka na vysoký krútiaci moment v kompaktnom balení;
• obmedzenia hmotnosti alebo balenia;
• potreba prepracovať hnacie ústrojenstvo namiesto jednoduchej výmeny existujúceho štandardného motora.

Preto by mal byť stroj na prvom mieste.

Čo by mal OEM poskytnúť pred výberom motora s axiálnym tokom?

Požiadavka typu „Potrebujeme 30 kW motor s axiálnym tokom“ je užitočným východiskovým bodom, ale na konečný výber nestačí.

Pre priemyselný projekt sú užitočnejšie tieto informácie:

• menovitý výkon;
• menovitá rýchlosť;
• trvalý krútiaci moment;
• požadovaný špičkový krútiaci moment;
• napätie;
• rozsah prevádzkových otáčok;
• pracovný cyklus;
• charakteristiky zaťaženia;
• rozmery hriadeľa;
• spôsob montáže;
• maximálny dostupný priemer motora;
• maximálna prípustná axiálna dĺžka;
• podmienky chladenia;
• teplota okolia;
• požiadavka ochrany;
• informácie o pohone alebo meniči.

V prípade existujúceho stroja môžu fotografie, typový štítok motora a mechanický výkres výrazne skrátiť proces výberu.

Pre prestavbu s priamym pohonom sú dôležité aj informácie o existujúcej prevodovke a konečnej výstupnej rýchlosti.

Možnosti elektrického axiálneho motora Jiangnan

Hangzhou Jiangnan Electric Motor Co., Ltd. v súčasnosti ponúka elektromotory s axiálnym tokom, konvenčné PMSM a ďalšie platformy motorov s permanentnými magnetmi pre priemyselné aplikácie.

Súčasná rodina JNPM zahŕňa prevádzkové body s nízkou rýchlosťou, vysokým krútiacim momentom a vysokou rýchlosťou. Príklady:

Motor by sa mal stále vyberať zo skutočných požiadaviek stroja a nie zo samotného výkonu.

V prípade projektov vývoja a modernizácie OEM môže spoločnosť Jiangnan Electric skontrolovať rýchlosť, krútiaci moment, inštalačný rozsah, systém pohonu a mechanické rozhranie zákazníka pred odporúčaním vhodnej konfigurácie.

Vyberte si architektúru motora okolo stroja

Hlavným rozdielom medzi motormi s axiálnym a radiálnym tokom nie je jednoduchý tvar.

Odlišná elektromagnetická geometria mení spôsob, akým môže byť motor zabalený a ako možno v rámci tohto balenia vyvinúť krútiaci moment.

Pre bežný stroj so štandardnou montážou a dostatkom inštalačného priestoru môže zostať motor s radiálnym tokom najpraktickejšou voľbou.

Pre stroj, kde záleží na axiálnej dĺžke, krútiacom momente pri nízkych otáčkach alebo na zjednodušení hnacieho ústrojenstva, môže byť užitočnou alternatívou motor s axiálnym tokom.

Najlepšie rozhodnutie začína pri stroji: požadovaný krútiaci moment → požadovaná rýchlosť → dostupný priestor → hnacie ústrojenstvo → pracovný cyklus → chladenie → architektúra motora.

Keď sú tieto podmienky jasné, je oveľa jednoduchšie rozhodnúť, či je kotúčový motor skutočne užitočný alebo jednoducho iný.

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

Vylúčenie zodpovednosti

Informácie v tomto článku slúžia len na všeobecné účely. Špecifikácie produktu, výkon, možnosti konfigurácie a vhodnosť sa musia podrobne posúdiť pre zamýšľanú aplikáciu a skutočné prevádzkové podmienky. Pred výberom, nákupom alebo používaním produktu si prosím overte príslušné podrobnosti so spoločnosťou Jiangnan Electric a pozrite si príslušnú technickú dokumentáciu a dohodnuté špecifikácie. Tento článok nenahrádza pokyny pre konkrétny produkt ani odborné technické posúdenie.