Magnetische reductiekast maakt elektrische aandrijving compacter

Een elektromotor met een dubbele rotor, waarbij de buitenste rotor een veel langzamer toerental heeft dan de binnenste, maakt bij een nieuw ontwikkelde elektrische aandrijving de tandwielkast overbodig. De sneldraaiende elektromotor kan met deze reductie, zonder mechanische koppeling een langzaam draaiende schroef of heel langzaam draaiende lier aandrijven.

Dwarsdoorsnede van een Pseudo Direct Drive-motor. (Tekeningen Magnomatics)

1/2

Gerelateerd nieuws

Binnenvaart moet technisch vernieuwen

Onderzoek oorzaak instorten sluisdeur Eefde duurt voort

Opnieuw initiatief om natuur na te bootsen

Extreem schone tanker in aantocht

Meer over

Techniek

De op de universiteit van Sheffield ontwikkelde PDD (Pseudo Direct Drive)-motor is uitgerust met sterke permanente magneten (neodymium) in stator en binnenste rotor.

De PDD-motor is in principe een normale elektromotor. Groot verschil is dat de ruimte tussen de stator en de rotor veel groter is dan normaal. Zo groot zelfs, dat er een extra rotor, eigenlijk meer een soort bus met een ferromagnetische ring, tussen rotor en stator past. Het aantal magneten in deze tussenbus of ring wijkt af van het aantal magneten in de binnenste, echte, rotor.

De magneten in de tussenring moduleren het magnetisch veld zodanig dat de ring de binnenste rotor met een veel lagere snelheid volgt. De langzamer draaiende tussenbus of ring volgt daarbij een ander magnetisch patroon. Dat komt omdat de langzaam draaiende bus een veel groter aantal magnetische polen heeft dan de snel draaiende rotor. Door het verschil in het aantal magneten te vergroten of te verkleinen kan de reductie groter of kleiner worden gemaakt.

• Royal Navy enthousiast over nieuw systeem

• Wrijvingsloos, sterk en stil

Simpel gezegd is het zo, dat de tussenring de helft van de snelheid van de rotor heeft als het aantal magnetische polen twee keer zo groot is. De tussenring moduleert daarbij het elektromagnetische patroon zodanig, dat het volgens een nieuw patroon meedraait. Het nieuwe magnetisch patroon koppelt de rotoren daarbij zeer stevig aan elkaar. Er is bij normale belastingen geen slip. Met dit systeem kunnen magnetische reducties worden bereikt van 1,1 : 1 tot 50 : 1 en hoger.

Supergeleiding
‘De grote reductie van het toerental geeft deze elektromotor een hoog koppel. De motor heeft ook een hoge energiedichtheid’, zegt onderzoeksdirecteur Richard Clark van Magnomatics in het Engelse Sheffield, die het systeem in productie heeft genomen. ‘Het ontbreken van een mechanische reductie maakt de motor compact en dat is interessant voor maritieme toepassingen. De elektromotor kan verder naar achteren worden geplaatst in een schip.’

De PDD is leverbaar in vermogens van 300 kW tot meerdere MW. ‘Die hele grote vermogens halen we met supergeleiding, maar dan wel zonder ingewikkelde koelsystemen. De Royal Navy heeft al een contract gesloten voor de ontwikkeling van PDD-motoren voor de nieuwe generatie fregatten en onderzeeboten.’

Bijkomend voordeel voor de marine is dat de wrijvingsloze reductie het systeem zeer stil maakt. Er zijn geen tandwielen meer die in elkaar grijpen.

Overbelasting
De efficiëntie van de magnetische koppeling is volgens dr. Kais Atallah, de uitvinder, meer dan 99% onder vollast. ‘Omdat er geen mechanische wrijving is, zijn de motoren vrijwel onderhoudsvrij en hebben ze nauwelijks koeling nodig. Het formaat van een PDD-motor is de helft kleiner dan van een motor met mechanische koppeling.’

De magnetische koppeling beschermt de rotor bovendien tegen overbelasting. Wanneer een schroef vast zou slaan, slippen rotor en ring wrijvingloos door. De elektromotor beschadigt dan niet. Wanneer de overbelasting voorbij is koppelt de ring vanzelf weer in.

Een eenmaal ingestelde reductieverhouding van een PDD-motor kan niet zomaar worden veranderd, dan moeten de magneten opnieuw worden gepositioneerd. ‘Als je het toerental van de schroef wilt veranderen moet je de elektromotor, net als bij andere elektrische systemen, harder of zachter laten draaien door de frequentie te veranderen. Verschil is, dat je met een sneller draaiende elektromotor begint.’

Magnomatics ontwikkelt overigens ook nog een continu variabele magnetische transmissie (CVT). Deze CVT is bedoeld voor hybride voertuigen en windturbines.