Gelijkstroommotoren bij hoge temperaturen

Wie de maxon catalogus en de technische specificaties kent, zal gemerkt hebben dat voor onze motoren maximale omgevings- en wikkelingstemperaturen zijn gespecificeerd. De meeste gelijkstroommotoren hebben een maximale omgevingstemperatuur tussen 85 en 100 ⁰C, en een maximale wikkelingstemperatuur tussen 100 en 125 ⁰C. Waarom?

Ten eerste vanwege het verschil tussen omgevingstemperatuur en wikkelingstemperatuur. De ingangsvoeding omvat de spanning (V) en de stroomsterkte (A). De spanning bepaalt het toerental en de stroomsterkte bepaalt het koppel. Als de motor draait, zorgt de stroomsterkte voor warmteontwikkeling in de wikkeling. Daarom kan een motor die voor gebruik bij hoge omgevingstemperaturen is gespecificeerd niet zo zwaar worden belast als bij normale werkplaatstemperaturen, omdat hij anders zou doorbranden.

Welke problemen houden verband met warmteontwikkeling?

In de motor bevindt zich een magnetisch circuit bestaande uit de permanente magneet en de elektromagneet (de motorwikkeling). Zowel de permanente magneet als de wikkeling worden door warmte beïnvloed. De neodymiummagneten beginnen bij circa 160 ⁰C te demagnetiseren en worden zwakker. Helaas kan dit effect niet worden omgekeerd door de motor te koelen. De achteruitgang is onomkeerbaar. De wikkeling is ommanteld door een isolerende lak die voor stabiliteit en isolatie zorgt. Als temperaturen boven 160 ⁰C stijgen, wordt de lak zachter en kan de wikkeling vervormen, wat resulteert in wrijving die de isolatie wegslijt en kortsluiting en een motorstoring veroorzaakt. Bij zeer hoge temperaturen kunnen de lak en isolatie smelten, wat wederom tot een kortsluiting leidt. Dit resulteert altijd in een kapotte motor.

maxon hogetemperatuurmotoren

Motoren moeten soms ook worden gebruikt op plaatsen met hogere temperaturen, als bijvoorbeeld in de aardkern wordt geboord voor olie, gas of geothermische energie, of bij klepaandrijvingen op vliegtuigmotoren. Hiervoor heeft maxon een serie gelijkstroommotoren die geschikt zijn voor deze temperaturen. De borstelloze HD (Heavy Duty) motoren kunnen worden toegepast bij omgevingstemperaturen tot 200 ⁰C, met een maximale wikkelingtemperatuur van 240 ⁰C.

Hoe werken deze motoren bij zulke hoge temperaturen?

De magneten in de maxon HD-motoren zijn gemaakt van samarium-kobalt (SmCo). Samarium-kobalt (SmCo) is een zeldzame-aardemagneet die veel hogere temperaturen kan bereiken voordat hij begint te demagnetiseren. De koperdraad die in de wikkeling wordt gebruikt, is eveneens tegen hogere temperaturen bestand. En ook de impregneringslak is geschikt voor een veel hogere temperatuur waardoor de wikkeling in het hele bedrijfstemperatuurbereik stabiel blijft.

Waarom niet alle motoren geschikt maken voor hogere temperaturen?

Het is niet eenvoudig om een hogetemperatuurmotor te maken. De verbeterde isolatie van de koperdraad is niet erg buigzaam en bemoeilijkt het wikkelen. Ook zijn niet alle wikkelpatronen hiervoor geschikt. Een andere reden vormen de kosten: speciale materialen zijn duurder. En waarom zouden mensen een meer gespecialiseerde, duurdere motor willen voor een toepassing waarvoor niet per se een dergelijke motor nodig is?

In toepassingen met hoge volumes kan maxon standaardmotoren upgraden voor projecten waarbij hogere temperaturen nodig zijn en er vanwege het beperkte HD-bereik geen geschikte motor beschikbaar is. maxon onderzoekt de haalbaarheid van de wikkeling en creëert een batch wikkelingen op productiegrootte, om ervoor te zorgen dat de draad voldoende rendement levert. Als het rendement uiteindelijk voldoende is, zullen er prototypemotoren worden geproduceerd en de technische specificaties worden gevalideerd.

Wat doe je als de toepassing de grenzen van de omgevingstemperatuur overschrijdt?

Neem contact op met uw technische specialist bij maxon. We zijn allemaal opgeleid om te bepalen wat het juiste product is voor een bepaalde toepassing in een bepaalde omgeving.

Eerst stellen we een reeks vragen over de toepassing. Welk toerental en koppel zijn nodig aan de uitgang?  Welke ‘duty cycle’ gaat de motor hebben? Wat is uw ingangsvoeding? Daarna kijken we naar de omgeving, temperatuur, schokken/trillingen enz. We informeren ook naar andere beperkingen, ruimte, massa enz. Zodra we alle gegevens hebben verzameld, beginnen we de mogelijke opties te onderzoeken. Zo werken we naar een oplossing toe.

Als er sprake is van hoge temperaturen, moeten we een thermische analyse uitvoeren om te voorkomen dat de motor tijdens bedrijf oververhit raakt. We analyseren het toerental- en koppelprofiel gedurende de ‘duty cycle’ op basis van de specifieke omgevingstemperatuur. De door maxon ontwikkelde software geeft ons cruciale informatie, waaronder de wikkelingtemperatuur. Wordt de maximale wikkelingtemperatuur bereikt of overschreden? Is er tijdens de ‘duty cycle’ voldoende tijd om af te koelen? Blijft de temperatuur na meerdere cycli onder de maximale wikkelingtemperatuur?

Met onze opleiding en de beschikbare tools, specificeren we alleen oplossingen waarvan we zeker zijn dat ze aan de vereisten voldoen.