Axial Flux vs Radial Flux Motors: När passar en skivmotor bättre?

De flesta industriella elmotorer använder en design med radiellt flöde.

Det är en mogen, mycket använd struktur som fungerar bra i pumpar, fläktar, transportörer, kompressorer och otaliga andra maskiner.

Axiella flödesmotorer har ett annat tillvägagångssätt.

Istället för att arrangera magnetfältet huvudsakligen över radien av en cylindrisk motor, riktar en axiellt flödesmotor magnetiskt flöde längs axelns axel. Detta skapar den välbekanta platta, skivformade konstruktionen, varför axialflödesmotorer också brukar kallas skivmotorer.

Den olika geometrin kan skapa användbara fördelar, men det betyder inte att en axialflödesmotor automatiskt är det rätta valet för varje maskin.

Den verkliga frågan är: Vad behöver applikationen från motorn?

Vad är den största skillnaden mellan axiellt och radiellt flöde?

Den lättaste skillnaden att se är formen.

En konventionell radialflödesmotor har i allmänhet en längre cylindrisk kropp. Rotorn vrider sig inuti eller runt en stator, och det magnetiska flödet rör sig huvudsakligen i radiell riktning.

En axialflödesmotor är vanligtvis bredare och kortare.

Dess aktiva magnetiska ytor är vända mot varandra över ett axiellt luftgap, vilket gör att vridmoment kan produceras över en relativt stor effektiv radie.

Denna geometri ändrar hur motorn använder installationsutrymmet.

En maskin med gott om axiellt utrymme kanske inte har någon anledning att gå bort från en konventionell radialmotor.

Men när den axiella längden är begränsad kan en skivformad motor öppna upp ett annat förpackningsalternativ.

Varför motordiameter är viktig för vridmoment

Vridmomentet bestäms inte enbart av motoreffekten.

Radien vid vilken den elektromagnetiska kraften verkar spelar också roll.

Axialflödesmotorer kan använda en relativt stor aktiv diameter samtidigt som motorn hålls kort i axiell riktning. Detta kan göra arkitekturen attraktiv för applikationer som kräver ett stort vridmoment utan en lång motorkropp.

Det betyder inte att varje axialflödesmotor automatiskt producerar mer vridmoment än varje radiell motor.

Motordiameter, magnetisk belastning, lindningsdesign, kylning och hastighet påverkar alla slutresultatet.

Men geometrin ger designers ett annat sätt att balansera vridmoment och installationsutrymme.

Detta är särskilt relevant i applikationer med låg hastighet och högt vridmoment.

Där drift med låg hastighet och högt vridmoment blir användbar

Många industrisystem använder en höghastighetsmotor tillsammans med en växellåda eller annat mekaniskt reduktionssteg.

Växellådan omvandlar motorhastigheten till lägre utgående hastighet och högre utgående vridmoment.

I vissa applikationer kan en permanentmagnetmotor med axiellt flöde konstrueras för att arbeta närmare den erforderliga maskinhastigheten.

Detta kan minska mängden mekanisk reduktion som behövs, eller i vissa fall stödja ett direktdrivningsarrangemang.

Jiangnan Electrics nuvarande produktfamilj med axiellt flöde och permanentmagnet inkluderar flera exempel på denna typ av driftpunkter.

JNPM520-30 är klassad till 30 kW och 245 rpm med 1 169 N·m nominellt vridmoment, medan JNPM520-45 är klassad till 45 kW och 245 rpm med 1 754 N·m nominellt vridmoment. Samma produktfamilj inkluderar även modeller med högre hastigheter som 7,5 kW JNPM275-7,5 vid 1 450 rpm och 15 kW JNPM275-15 vid 3 000 rpm.

Detta område illustrerar en viktig punkt: axialflödesteknik är inte begränsad till ett varvtalsområde eller en tillämpning.

Motorn måste fortfarande konstrueras kring det faktiska vridmoment-hastighetskravet.

Ett riktigt direktdrivningsexempel: strålpumpsutrustning

En av Jiangnan Electrics praktiska tillämpningar är JNPM520-45 permanentmagnet skivmotor som används i ett strålpumpande drivsystem.

Den dokumenterade konfigurationen är:

• märkeffekt: 45 kW;
• nominell hastighet: 245 rpm;
• nominellt vridmoment: 1 754 N·m;
• matningsspänning: 380 V;
• skyddsnivå: IP55;
• kylning: naturlig kylning;
• montering: horisontell;
• axelarrangemang: kilad ihålig axel.

Den låga arbetshastigheten och det höga vridmomentet gör att motorn kan integreras annorlunda än en konventionell höghastighets industrimotor.

I denna typ av tillämpning är värdet av skivmotorarkitekturen inte bara att motorn är "mer avancerad".

Den praktiska fördelen kommer från att matcha motorstrukturen med drivlinan.

Produktdokumentationen beskriver specifikt att skivkonstruktionen har en kort axiell dimension och är lämplig för installationer där axiellt utrymme är begränsat, inklusive direkt anslutning till pumpaggregatets transmissionsutrustning.

Kompakt axiell längd kan ändra maskinens layout

Maskinkonstruktörer fokuserar ofta på motorkraft och vridmoment först.

Fysisk förpackning blir ibland ett problem först senare.

En axialflödesmotor kan vara användbar när det tillgängliga utrymmet är relativt stort i diameter men begränsat längs axelns riktning.

Typiska exempel kan vara:

• kompakta industriella drivmoduler;
• direktdrivna maskiner;
• eftermontering av utrustning;
• mobil utrustning;
• maskiner med begränsad drivlina längd.

Jiangnans nuvarande broschyr för skivmotorer inkluderar en 7,5 kW industriell konfiguration som arbetar vid 1 450 rpm, tillsammans med 30 kW och 45 kW låghastighets oljefältskonfigurationer. Broschyren positionerar specifikt den korta axiella formen som användbar för kompakta utrustningslayouter.

Det viktiga är inte att en axialmotor alltid är mindre.

Dess proportioner är helt enkelt olika.

En bredare, plattare motor kan lösa förpackningsproblem som en lång cylindrisk motor inte kan.

Hur är det med effektivitet?

Permanentmagnetiska axialflödesmotorer kan designas för hög effektivitet.

Deras korta magnetiska väg och permanentmagnetisk excitation kan minska vissa förluster jämfört med vissa konventionella motorstrukturer.

Effektiviteten bör dock alltid utvärderas med hjälp av faktiska motordata och driftspunkt.

Motoreffektiviteten ändras med:

• hastighet;
• ladda;
• lindningsdesign;
• magnetiska material;
• kyl;
• enhetsinställningar.

För en industriell köpare är den användbara frågan inte: "Är axialflödesmotorer mer effektiva?"

En bättre fråga är: "Vilken effektivitet uppnår denna motor vid den hastighet och belastning där min maskin normalt arbetar?"

Denna skillnad är viktig eftersom många maskiner inte spenderar större delen av sin drifttid på exakt 100 % nominell belastning.

Jiangnans egen skivmotorutveckling använder permanentmagneter tillsammans med en axiell flödesstruktur och nanokristallina mjukmagnetiska material i utvalda design. Företagets material beskriver målet som att minska magnetiska och lindningsförluster samtidigt som en kompakt struktur bibehålls.

För ett riktigt projekt bör effektiviteten dock bekräftas mot den specifika motormodellen snarare än att tillämpa en procentsats på hela produktfamiljen.

Eliminerar en Axial-Flux-motor alltid växellådan?

Inga.

Detta är en annan punkt som ofta förenklas.

En axialflödesmotor kan utformas för drift med låg hastighet och högt vridmoment, vilket kan göra direktdrift möjlig i vissa maskiner.

Men eliminering av växellåda beror på vad som krävs:

• utgångshastighet;
• kontinuerligt vridmoment;
• topp vridmoment;
• maskin tröghet;
• startförhållanden;
• tillgängligt installationsutrymme;
• körstyrningsstrategi.

Om maskinen kräver ett helt annat hastighetsområde eller utväxlingsförhållande kan en växellåda ändå vara den bättre lösningen.

Direktdrift är ett applikationsbeslut, inte en automatisk funktion för varje skivmotor.

Termisk design spelar fortfarande roll

En kort motorkropp eliminerar inte behovet av ordentlig kylning.

Högt vridmoment innebär hög elektromagnetisk belastning, och den alstrade värmen måste fortfarande lämna motorn.

Axiella flödeskonstruktioner kan dra nytta av sin stora yta, men den faktiska termiska prestandan beror på den interna strukturen och kylmetoden.

Olika industriella tillämpningar kan använda naturlig kylning, forcerad luftkylning eller vätskekylning.

Jiangnans nuvarande produktsortiment inkluderar olika kylarrangemang för axialflödes- och permanentmagnetmotorapplikationer snarare än en kylmetod för varje effektnivå.

För OEM-projekt måste driftcykeln och installationsmiljön därför beaktas tillsammans med märkeffekt.

Axialt flöde är inte automatiskt bättre än radiellt flöde

Radialflödesmotorer är fortfarande den rätta lösningen för ett mycket stort antal maskiner.

De har mogna tillverkningsprocesser, etablerade ramstandarder, bred leverantörstillgänglighet och välkända installationsmetoder.

Om en standard radialmotor redan uppfyller maskinens krav på storlek, effektivitet, vridmoment, kostnad och tillförlitlighet, kan en förändring av motorarkitekturen tillföra onödigt utvecklingsarbete.

Axialt flöde blir mer intressant när applikationen har en specifik anledning att använda den.

Typiska skäl inkluderar:

• begränsat axiellt installationsutrymme;
• drift med låg hastighet, högt vridmoment;
• intresse för direktdrift;
• högt vridmoment i ett kompakt paket;
• vikt eller förpackningsbegränsningar;
• ett behov av att designa om drivlinan istället för att bara byta ut en befintlig standardmotor.

Det är därför maskinen ska komma först.

Vad bör en OEM tillhandahålla innan du väljer en axialflödesmotor?

En begäran som "Vi behöver en 30 kW axialflödesmotor" är en användbar utgångspunkt, men det räcker inte för det slutgiltiga valet.

För ett industriprojekt är följande information mer användbar:

• märkeffekt;
• nominell hastighet;
• kontinuerligt vridmoment;
• erforderligt toppvridmoment;
• spänning;
• arbetshastighetsområde;
• arbetscykel;
• lastegenskaper;
• axeldimensioner;
• monteringsmetod;
• maximal tillgänglig motordiameter;
• maximal tillåten axiell längd;
• kylningsförhållanden;
• omgivningstemperatur;
• skyddskrav;
• information om frekvensomriktare eller växelriktare.

För en befintlig maskin kan fotografier, en motornamnskylt och en mekanisk ritning förkorta urvalsprocessen avsevärt.

För en direktdriven konvertering är också information om den befintliga växellådan och sluthastigheten viktig.

Jiangnan elektriska axialflödesmotoralternativ

Hangzhou Jiangnan Electric Motor Co., Ltd. erbjuder för närvarande axialflödeselektriska motorer, konventionella PMSM och andra permanentmagnetmotorplattformar för industriella applikationer.

Den nuvarande JNPM-familjen täcker både låghastighets, högt vridmoment och högre hastigheter. Exempel inkluderar:

Motorn bör fortfarande väljas från det faktiska maskinbehovet snarare än från enbart kraft.

För OEM-utvecklings- och eftermonteringsprojekt kan Jiangnan Electric granska kundens hastighet, vridmoment, installationsskal, drivsystem och mekaniska gränssnitt innan en lämplig konfiguration rekommenderas.

Välj motorarkitekturen runt maskinen

Huvudskillnaden mellan axialflödesmotorer och radiella flödesmotorer är inte bara formen.

Den olika elektromagnetiska geometrin förändrar hur motorn kan paketeras och hur vridmoment kan utvecklas inom det paketet.

För en konventionell maskin med standardmontering och gott om installationsutrymme kan en radialfluxmotor förbli det mest praktiska valet.

För en maskin där axiell längd, låghastighetsvridmoment eller förenkling av drivlinan spelar roll, kan en axiell flödesmotor vara ett användbart alternativ.

Det bästa beslutet börjar med maskinen: erforderligt vridmoment → erforderlig hastighet → tillgängligt utrymme → drivlina → arbetscykel → kyla → motorarkitektur.

När de villkoren är klara blir det mycket lättare att avgöra om en skivmotor är genuint användbar eller helt enkelt annorlunda.

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

Ansvarsfriskrivning

Informationen i den här artikeln tillhandahålls endast för allmän referens. Produktspecifikationer, prestanda, konfigurationsmöjligheter och lämplighet måste utvärderas i detalj för den avsedda användningen och faktiska driftförhållanden. Innan du väljer, köper eller använder en produkt, vänligen bekräfta relevant information med Jiangnan Electric och hänvisa till tillämplig teknisk dokumentation och överenskomna specifikationer. Den här artikeln ersätter inte produktspecifika instruktioner eller en professionell teknisk bedömning.