מנוע הנעה ישירה עם מגנט קבוע

בשנים האחרונות, מנועי הנעה ישירה בעלי מגנט קבוע עשו התקדמות משמעותית והם משמשים בעיקר בעומסים במהירות נמוכה, כגון מסועי חגורה, מיקסרים, מכונות משיכת תיל, משאבות במהירות נמוכה, ומחליפים מערכות אלקטרו-מכניות המורכבות ממנועים במהירות גבוהה ומנגנוני הפחתה מכניים. טווח המהירות של המנוע הוא בדרך כלל מתחת ל-500 סל"ד. מנועי הנעה ישירה בעלי מגנט קבוע ניתנים לחלוקה בעיקר לשתי צורות מבניות: רוטור חיצוני ורוטור פנימי. הנעה ישירה בעלי מגנט קבוע בעלי רוטור חיצוני משמשת בעיקר במסועים.

בתכנון ויישום של מנועי הנעה ישירה בעלי מגנט קבוע, יש לציין כי הנעה ישירה בעלת מגנט קבוע אינה מתאימה למהירויות יציאה נמוכות במיוחד. כאשר רוב העומסים נמצאים בתוך5מנועי הנעה ישירה מונעים במהירות 0 סל"ד. אם ההספק נשאר קבוע, הדבר יגרום למומנט גדול, מה שיוביל לעלויות מנוע גבוהות וליעילות מופחתת. כאשר נקבעים ההספק והמהירות, יש צורך להשוות את היעילות הכלכלית של השילוב של מנועי הנעה ישירה, מנועים במהירות גבוהה יותר וגלגלי שיניים (או מבנים מכניים אחרים המגדילים ומורידים את המהירות). כיום, טורבינות רוח מעל 15 מגה-וואט ומתחת ל-10 סל"ד מאמצות בהדרגה שיטת הנעה חצי ישירה, תוך שימוש בגלגלי שיניים כדי להגדיל את מהירות המנוע, להפחית את עלויות המנוע ובסופו של דבר להוריד את עלויות המערכת. אותו הדבר חל על מנועים חשמליים. לכן, כאשר המהירות נמוכה מ-100 סל"ד, יש לשקול בזהירות שיקולים כלכליים, ולבחור שיטת הנעה חצי ישירה.

מנועים בעלי הנעה ישירה עם מגנט קבוע משתמשים בדרך כלל ברוטורים בעלי מגנט קבוע המותקנים על פני השטח כדי להגדיל את צפיפות המומנט ולהפחית את צריכת החומר. בשל מהירות הסיבוב הנמוכה והכוח הצנטריפוגלי הקטן, אין צורך להשתמש במבנה רוטור מגנט קבוע מובנה. בדרך כלל, מוטות לחץ, שרוולי נירוסטה ושרוולי הגנה מסיבי זכוכית משמשים לקיבוע והגנה על הרוטור עם מגנט קבוע. עם זאת, חלק מהמנועים עם דרישות אמינות גבוהות, מספר קטבים קטן יחסית או רעידות גבוהות משתמשים גם במבני רוטור מגנט קבוע מובנים.

מנוע הנעה ישירה בעל מהירות נמוכה מונע על ידי ממיר תדר. כאשר עיצוב מספר הקטבים מגיע לגבול עליון, הפחתה נוספת במהירות תגרום לתדר נמוך יותר. כאשר תדר ממיר התדר נמוך, מחזור העבודה של PWM יורד, וצורת הגל גרועה, מה שיכול להוביל לתנודות ומהירות לא יציבה. לכן, גם הבקרה של מנועי הנעה ישירה בעלי מהירות נמוכה במיוחד קשה למדי. כיום, חלק מהמנועים בעלי מהירות אולטרה-נמוכה מאמצים סכימת מנוע עם אפנון שדה מגנטי כדי להשתמש בתדר הנעה גבוה יותר.

מנועי הנעה ישירה בעלי מגנט קבוע במהירות נמוכה יכולים להיות מקוררים בעיקר באוויר ובנוזל. קירור אוויר מאמץ בעיקר את שיטת הקירור IC416 של מאווררים עצמאיים, וקירור נוזלי יכול להיות קירור מים (IC71W), אשר ניתן לקבוע בהתאם לתנאי האתר. במצב קירור נוזלי, ניתן לתכנן את עומס החום גבוה יותר ואת המבנה קומפקטי יותר, אך יש לשים לב להגדלת עובי המגנט הקבוע כדי למנוע דה-מגנטיזציה של זרם יתר.

עבור מערכות מנוע בעלות הנעה ישירה במהירות נמוכה עם דרישות לבקרת מהירות ודיוק מיקום, יש צורך להוסיף חיישני מיקום ולאמץ שיטת בקרה עם חיישני מיקום; בנוסף, כאשר יש דרישת מומנט גבוהה במהלך ההפעלה, נדרשת גם שיטת בקרה עם חיישן מיקום.

למרות שהשימוש במנועי הנעה ישירה בעלי מגנט קבוע יכול לבטל את מנגנון ההפחתה המקורי ולהפחית את עלויות התחזוקה, תכנון לא סביר יכול להוביל לעלויות גבוהות עבור מנועי הנעה ישירה בעלי מגנט קבוע ולירידה ביעילות המערכת. באופן כללי, הגדלת קוטר מנועי הנעה ישירה בעלי מגנט קבוע יכולה להפחית את העלות ליחידת מומנט, כך שניתן להפוך מנועי הנעה ישירה לדיסק גדול עם קוטר גדול יותר ואורך ערימה קצר יותר. עם זאת, ישנן גם מגבלות על הגדלת הקוטר. קוטר גדול מדי יכול להגדיל את עלות המארז והציר, ואפילו חומרי המבנה יעלו בהדרגה על עלות החומרים האפקטיביים. לכן, תכנון מנוע הנעה ישירה דורש אופטימיזציה של יחס האורך לקוטר כדי להפחית את העלות הכוללת של המנוע.

לבסוף, ברצוני להדגיש שמנועי הנעה ישירה בעלי מגנט קבוע הם עדיין מנועים המונעים על ידי ממיר תדר. גורם ההספק של המנוע משפיע על הזרם בצד המוצא של ממיר התדר. כל עוד הוא נמצא בטווח הקיבולת של ממיר התדר, לגורם ההספק יש השפעה קטנה על הביצועים והוא לא ישפיע על גורם ההספק בצד הרשת. לכן, תכנון גורם ההספק של המנוע צריך לשאוף להבטיח שמנוע ההנעה הישירה יפעל במצב MTPA, המייצר מומנט מקסימלי עם הזרם המינימלי. הסיבה החשובה היא שתדירות מנועי הנעה ישירה נמוכה בדרך כלל, ואובדן הברזל נמוך בהרבה מאובדן הנחושת. שימוש בשיטת MTPA יכול למזער את אובדן הנחושת. טכנאים לא צריכים להיות מושפעים ממנועים אסינכרוניים מסורתיים המחוברים לרשת, ואין בסיס לשפוט את יעילות המנוע על סמך גודל הזרם בצד המנוע.

חברת Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment Co., Ltd היא מפעל היי-טק מודרני המשלב מחקר ופיתוח, ייצור, מכירות ושירות של מנועים בעלי מגנט קבוע. מגוון המוצרים והמפרטים שלו מלאים. ביניהם, מנועים בעלי מגנט קבוע בעלי הנעה ישירה במהירות נמוכה (7.5-500 סל"ד) נמצאים בשימוש נרחב בעומסים תעשייתיים כגון מאווררים, מסועי סרטים, משאבות בוכנה וטחנות במלט, חומרי בניין, מכרות פחם, נפט, מטלורגיה ותעשיות אחרות, עם תנאי הפעלה טובים.