Tehokkaampia ja edullisempia pieniä sähkökäyttöjä

Pieniä sähkömoottoreita löytyy monista kodinkoneista, työkaluista ja tietokoneista sekä nykyaikaisista autoista, joissa ne käyttävät apulaitteita, kuten pumppuja ja puhaltimia. Yksittäin mikään näistä moottoreista ei kuluta paljon energiaa, mutta yhdessä ne tarjoavat suuren säästöpotentiaalin.

Äskettäin "CD Laboratory for Brushless Drives for Pump and Fan Applications" tutkimusryhmä, jota johtaa Annette Mütze Grazin teknillisen yliopiston (TU Graz) Electric Drives and Power Electronic Systems Institutesta, on nyt hyödyntänyt tätä potentiaalia.

Innovatiivisen suunnittelun, muunnellun ohjaustekniikan ja uusien valmistustekniikoiden käytön ansiosta nyt kehitetyt harjattomat integroidut käytöt kuluttavat vähemmän energiaa, toimivat hiljaisemmin ja ovat kevyempiä.

Suurempia kynsinapamoottoreita käytetään esimerkiksi ajoneuvojen valaistusjärjestelmissä. Niiden käyttö pieninä käyttöyksiköinä tunnetaan vähemmän.

Annette Mützen tiimi on vähentänyt näiden pienten käyttölaitteiden niin kutsuttuja "hammastusmomentteja" vinouttamalla ja urittamalla kynsiä, mikä ei aiheuta lisäkustannuksia. Tämä minimoi kynsien hetkellisen sitoutumisen moottoria käännettäessä, mikä vähentää ei-toivottua värinää. ”Tämän ansiosta pystyimme vähentämään tärkeätä melulähdettä 70 prosenttia. Tämä tarkoittaa, että käytöt toimivat paljon pehmeämmin ja hiljaisemmin”, Annette Mütze sanoo.

Tehokkuusetua saavutetaan yksinkertaistetulla virransäädöllä. Yleensä moottorin virtaa säädetään pulssinleveysmodulaatiolla. Jotta virta kulkisi halutussa suorakaiteen muotoisessa kuviossa, tarvitaan suuri määrä kytkentätoimintoja, jotka kuitenkin aiheuttavat lisäenergiankulutusta.

"Kytkemme taajuusmuuttajamme päälle ja pois päältä vain kerran haluttua suorakulmiota kohden", Annette Mütze sanoo. "Tämän ansiosta pystyimme merkittävästi vähentämään kytkentähäviöiden aiheuttamaa lisäenergian kulutusta."

Erityisesti pienillä virroilla näiden taajuusmuuttajien kokonaishyötysuhde on paljon parempi kuin niillä, joita ohjataan tavanomaisella pulssinleveysmodulaatiolla. Lisäksi moottoreiden piirilevyt vaativat myös puolet vähemmän kondensaattoreita kytkentätoimintojen rajusti vähentyneen määrän vuoksi, mikä vähentää kustannuksia.

Kolmas innovaatio on piirilevymoottorien varustaminen ferriittiytimillä. Moottoreiden tapauksessa käämit, jotka synnyttävät taajuusmuuttajan tarvitseman magneettikentän, on suunniteltu painetuiksi piirilevyiksi. Tämä mahdollistaa tuotannon korkean automatisoinnin.

Annette Mützen tiimi varusti piirilevyt 3D-printatuilla ferriittiytimillä, mikä paransi magneettivuon ohjausta moottoreissa. Tämä oli edellytys kustannustehokkaiden, myös ferriittiin perustuvien magneettien käytölle.

Aiheesta aiemmin:

Sähköinen ajomoottori ilman magneetteja

Ruoste ja topologia tehostavat magnetismia

Hiilinanojohtimista käämit sähkömoottoriin