מאת: Enric Solsona, MAGNEL. לאחר יותר מ-25 שנים מאז שמנועי סרוו ז”ח חסרי מברשות יוצרו לראשונה על בסיס ייצור סדרתי, בוצע שיפור משמעותי בתכנון שגורם לגידול משמעותי בצפיפות ההספק, במקביל לשיפור בנצילות החשמל. מנועי ליבת האבקה מחליפים את מנועי שכבות הפלדה בתרכובת איסוטרופית SMC מגנטית, המאפשרת רמה גבוהה של גמישות בגיאומטריה של הססטור. התכנון הנגזר מכך מאפשר ייצור בעל עלויות נמוכות יותר של חלקי המנוע, שלא נדרשים לו תיקוני עיבוד ומפחית את כמות החומר המבוזבז. הנצילות החשמלית היא 95% ב-1,000 סל”ד עם הפסדים נמוכים מאוד, שנובעים מאפקט ג’אול (Joule).
אחד היתרונות החשובים של מנועי ליבת אבקה בהשוואה למנועים מסורתיים עם שכבות של לוחות פלדה, טמון בעובדה שהם יכולים להיות בעלי מספר רב יותר של קטבים, כאשר הנפח שנדרש לכריכות הנחושת נשאר כשהיה והמשמעות היא, צפיפות מומנט גבוהה.
בנוגע לרשימת המונחים, קיימים כמה ביטויים הקשורים למנועים אלו, כגון:
שטף רוחבי (transverse flux), קוטב צבת (claw pole), או שטף תלת ממדי (3D flux). הביטוי קוטב צבת מתייחס לצורה של החלקים המסונטרים (sintered) שיוצרים את הסטטור, ושני המונחים האחרים מתייחסים לנתיב התלת ממדי של קווי השטף מגנטי.
כפי שנאמר קודם לכן, אמצעי הייצור אינם כה יקרים כמו במנועים המסורתיים בעלי השכבות של לוחות הפלדה, וליפוף כריכות הנחושת מפושט אף הוא. למעשה, אפשר ללפף את סלילי המנועים בטווח רחב של ערכי EMF שונים, בהם נכללים ערכי מתח נמוכים המתאימים לשימוש עם מצברים, למשל כאשר גורם מילוי הנחושת נשמר.
בעקבות התכנון המקורי של מנועי MAGNEL שהותאם ליישומי רכב עם אספקת מתח ישר, נוספו שלושה מבנים של מנועים נוספים: (1) מנועי סרוו עם מומנט עמידה (Stall) שבין 16.5 ניוטון מטר ל-105.0 ניוטון מטר, כולל אפשרות בלימה וכמה התקני משוב שמציעים תאימות למבחר רחב של מגברים שקיימים בשוק, (2) מחוללים שגם להם יש אפשרות בלימה עם ליפופים למהירות סיבוב מרבית של 700 סל”ד (3) אותם מנועים שמלכתחילה היו אמורים לשמש כמנועים סינכרוניים עם מגנט קבוע [PMSM] במצב בקרה ללא חיישן, כלומר ללא התקנת משוב.
מאחר שבכלי רכב חשמליים מומנט גבוה בתחילת התנועה, אשר נשמר במשך כל זמן שאפשר, נחשב ליתרון, המבנה של מנוע סרוו תומך באותם מאפיינים, ולכן ערכי מומנט השיא מוגדרים עבור 10 שניות, החל מ-40.0 ניוטון מטר ועד 300.0 ניוטון מטר, בהתאמה.
על אף שאחד היישומים הרגילים של מנועים אלו הוא השימוש בהם בהינע ישיר, אשר מחליף את תיבות ההילוכים של מנגנוני ההינע שבתמסורת במנוע ישיר שמותקן על הציר, קיימת גם האפשרות לשלב אותם בתמסורות אפיציקלואידית ולקבל מומנטי מוצא רציפים גדולים ביותר, בהתקן שגודלו קומפקטי במיוחד.
ההחלפה של מנגנוני המנוע והתמסורת הפלנטרית במנוע של MAGNEL כהינע ישיר אינה משפיעה על תאום ההתמדה (inertia) בזכות ההתמדה של המנוע עצמו וחוסר התיאום המותר בהינע ישיר עם מכלולים מכניים קשיחים.
בכל אחת מארבעת הסדרות של המנוע – סדרת SM של מנועי סרוו, סדרת WD ליישומי רכב, סדרת WM של מחוללים ומנועים סינכרוניים עם מגנט קבוע [PMSM] – מספקים יתרונות מובנים על פי היישום.
בתחום יישומי פעולה בלתי רציפה, מנועי הסרוו יכולים לספק ערכי מומנט (rms) זהים בגודל קטן יותר של המנוע, בזכות היכולת שלהם לקיים את מומנט השיא על פני פרקי זמן ארוכים יותר (בשניות). יתרון נוסף שיש בו עניין הוא האפשרות לקבל מנועים בעלי מומנט של עד 105 ניוטון-מטר עבור מתח נמוך. בזכות מאפייני מומנט המנוע שלהם, המנועים מסוג SM קיימים בתצורה של ציר חלול ועם אפשרות להרכבת אנקודר סיבובי על הציר הנגדי..
ההינע הישיר ליישומי רכב שותף ליתרון המשקל הנמוך של מנועי סרוו, על אף שהוא נתון בבית מנוע קל עוד יותר. אפשר לייצר הינעים אלו עם ציר סיבוב מלא, כמנועים קדמיים
(out-runner) או במבנה ללא מסגרת, שאותו אפשר להתקין ישירות על גלגלי הרכב.
החדירות (permeability) האיזוטרופית של קוטבי הצבת מסוג SMC מסייעת בעצירה חשמלית של טורבינות רוח לפני השחרור של בלם העצירה. עם זאת, מוצרי MAGNEL אינם מיועדים לפעול כמחולל בטבורן של טורבינות גדולות, אלא רק באלו של טורבינות זעירות. במקום זאת, במנועי SM המתוארים לעיל נכללות כל הדרישות כמו במנועי pitch המיועדים לשמש עם להבים גדולים מאוד.
הופעתם של ממירי תדר, עם התכונות הנוספות המיועדות לבקרה של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע, יצרה את ההזדמנות להשתמש בטכנולוגיית ליבות האבקה ביישומים ללא חיישנים.
למעשה רוב מנועי המגנט הקבוע הקיימים בשוק תוכננו כדי לפעול כמנועי סרוו, כאשר התקן משוב מותקן עליהם, ועובדה זו ראויה לציון כשבוחנים את התכנון של מנועים אלו.
לעומת זאת, בטווח המוצרים של MAGNEL משולב תכנון קומפקטי ומודולרי ובתדירויות של עד 1,000 סל”ד, המהירות עודה פחותה מ-3,000 סל”ד וזו המהירות הנפוצה ביישומים רבים.
כל המבנים השונים מדורגים לבידוד סוג H, עבור פעולה ב-180 מעלות צלזיוס בכריכות, עם חריגה בסוג WD ליישומי רכב עם הגנה סוג IP-67. על אף שבמבנה הסטנדרטי, המשטחים החיצוניים של מנועי MAGNEL עוברים טיפול כימי, אפשר לקבל את כל המנועים עם ציפוי מיוחד המיועד לשימוש בתנאי פעולה קיצוניים, למשל בציוד המותקן בחוף הים או בתנאי טמפרטורה או לחות קיצוניים.
המנועים והבלם חסין-הכשל, המוצע כאופציה, פועלים בטמפרטורות שמתחת לאפס מעלות.
MAGNEL היא החברה הראשונה בעולם המייצרת מגוון שלם של מנועי ליבת אבקה רב תכליתיים. הפיתוח של המערכת האלקטרונית שמפעילה מנועים בעלי קטבים מרובים וכן ההוספה של התקני משוב המיועדים להתקנה עליהם מבטיחים את התאימות של מנועי ליבת אבקה לרוב מערכות בקרת התנועה, ומציעים בכך יתרונות שטרם הופיעו בשוק.
חברת MAGNEL מיוצגת בישראל על ידי חברת אבירי טכנולוגיות
