Pagina 11 van: Aandrijftechniek – nummer 8 – 2017
www.AT-aandrijftechniek.nlNOVEMBER 2017 AT AANDRIJFTECHNIEK 11
TECHNIEK Elektrisch
Verhoging van het vermogen bij roto-
ren met hoog toerental
Laten we eens kijken naar een compacte
aandrijving, bestaande uit een motor met
hoog toerental en een vertragingskast,
bijvoorbeeld de aandrijving van een elek-
trische auto (fig. 9).
Bij gegeven rotordiameter wordt de om-
treksnelheid beperkt op grond van de
stijfheidseigenschappen van het rotorma-
teriaal. Typisch kunnen omtreksnelheden
in de ordegrootte van 100–200 m/s econo-
misch worden geproduceerd [lit. 6]. Ver-
onderstellen we de gelijke specifieke af-
schuifkracht in de luchtspleet van zowel
de oorspronkelijke klassieke motor als van
de planetaire motor (dezelfde basisgolf
van de fluxdichtheid en gelijke stroom-
sterkte), dan kunnen we de originele
rotor (diameter D) vervangen door vier
planetaire rotoren (diameter steeds 1/2 D)
van gelijk totaaloppervlak. Elke planetaire
rotor levert dan een kwart van het oor-
spronkelijke draaimoment (halve omtrek-
kracht door half omvangsoppervlak in de
luchtspleet; halve radius).
In totaal leveren de vier planetaire moto-
ren hetzelfde draaimoment als de origi-
nele motor. Bij gelijk vermogen van origi-
nele motor en planetaire motor betekent
dit dat het toerental van de oorspronke-
lijke rotor en de planetaire rotoren gelijk
is. Op grond van de halve diameter treedt
dus slechts de halve omtreksnelheid ten
opzichte van de oorspronkelijke rotor op.
Wordt de vermogensgrens bepaald door
de omtreksnelheid, dan kan deze in de
planetaire motor met een factor twee
worden verhoogd, tot dezelfde omtrek-
snelheid optreedt.
Eenvoudige planetaire reductietrap
In vergelijking met een normale plane-
taire overbrenging heeft de planetaire
trap van deze motor enkele voordelen. De
vier rotoren wekken praktisch hetzelfde
draaimoment op, waardoor automatisch
een gelijkmatige krachtinvoer in de tan-
den van het zonnewiel is gegarandeerd.
Uit oogpunt van krachtverdeling over de
planeten is dus geen bijzondere nauwkeu-
righeid bij de productie van de tandwielen
nodig. Verder vindt de krachtoverdracht
bij de planetaire motor slechts op één
contactpunt per planeetwiel plaats (in te-
genstelling tot twee contactpunten bij de
klassieke planetaire reductor), waardoor
het rendement van de overbrenging dui-
delijk beter is dan bij de normale reductor.
Metingen prototype
Om het functioneren van de planetaire
motor te verifiëren, werd een prototype
van 1 kW gebouwd en getest. Het zonne-
wiel werd uit transparant materiaal ver-
vaardigd om een goed optisch inzicht in
het functieprincipe te krijgen. De mag-
neetcirkel werd bepaald op basis van een
numerieke simulatie. Overeenkomstig het
kleine aantal tanden toont het verloop
van de geïnduceerde spanning een zeker
harmonisch gedrag (fig. 10). Dit kan ver-
der worden verminderd door optimalisa-
tie van de geometrie. De metingen onder
belasting zullen in latere publicaties wor-
den besproken.
Mogelijke toepassingsgebieden
De structuur van de planetaire motor
opent veel mogelijke toepassingsgebie-
den. Speciaal voor aandrijftaken met een
reductor kunnen compacte oplossingen
met hoge mate van automatisering van
de productie worden gerealiseerd.
Aandrijvingen in windturbines
Bij de grote vermogens moeten aandrij-
vingen in windenergie-installaties worden
genoemd, waar de hoofdas met de rotor-
bladen op het zonnewiel van een plane-
taire motor/generator kan worden ver-
bonden. De elektrische generatoren van
de planetaire machine kunnen met hoger
toerental lopen, waardoor de grootte van
de generatoren en de vaak toegepaste
tandwielkasten beduidend goedkoper
kunnen worden gebouwd.
Buitenlopertoepassingen
Bij buitenloperaandrijvingen zoals trom-
melmotoren, wielnaafmotoren, buismo-
toren en dergelijke kan het zonnewiel van
de planetaire motor direct met het buiten-
ste deel worden verbonden, waardoor
zeer compacte oplossingen mogelijk zijn.
Aandrijvingen voor elektrische voertuigen
Elektrisch aangedreven voertuigen wor-
den aangedreven via een klassieke elek-
tromotor en vertragingskast. Fig. 9a toont
de aandrijving van een VW E-Golf. De
elektrische machine is via een tweetraps
U
V
W
U
V
W
Fig. 6. (a) Originele viervoudige sterschakeling van de deelmotoren. (b) Planetaire motor met sterschakeling van de
strengen, de gedeelde spoelen van de streng parallel (alternatief is serieschakeling).
ingesteld
toerental
stroomregelaar
vastge-
stelde
rotor
omvormer
planetaire motor
vast-
gestelde
stator
vastge-
stelde
rotor
vast-
gestelde
stator
id-
generator
U
V
W
stroom/stroom-
toename-
meting
werkelijke stroom
werkelijk toerental
rotorpositie
INFORM/EMK
model en
meting
Fig. 7. Sensorloze veldgeoriënteerde Inform/EMK-regeling van de planetaire motor. 4
a. b.
08-09-10-11-13-15_tuwien.indd 11 15-11-17 10:16