Die geschichteten Komponenten eines Axialflussmotors von Infinitum Electric sind hier in explodierter Form dargestellt.INFINITUM ELECTRIC

Diese Energieeinsparung ist von entscheidender Bedeutung: Software mag die Welt auffressen, aber Strom ist zunehmend das, was die Welt am Laufen hält. Elektromotoren verbrauchen heute etwas mehr als die Hälfte des weltweiten Stroms. Nach Angaben der Marktforschungsgruppe Imarc werden heute weltweit jährlich etwa 800 Millionen Motoren verkauft, eine Zahl, die jedes Jahr um 10 Prozent steigt. Elektromotoren halten Einzug in Autos, Züge und Flugzeuge, aber auch in Industrieanlagen sowie in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen. Verkehr, Bauwesen und HLK sind zusammen für etwa 60 Prozent aller Treibhausgasemissionen in den USA verantwortlich; effizientere Elektromotoren werden dazu beitragen, die Emissionen in diesen Sektoren zu senken.

Trotz der Vorteile des PCB-Stators wurde das Design aufgrund einiger Missverständnisse nur langsam angenommen.

Zunächst herrschte der Irrglaube, dass PCBs nur für empfindliche Anwendungen geeignet seien. Doch 2011 entwickelte CORE Outdoor Power einen Laubbläser und einen Unkrautschneider, die beide einen Leiterplatten-Stator verwendeten und dennoch robust und leise waren.

Zweitens herrschte die Meinung vor, dass PCB-Statoren nur für Maschinen mit geringer Leistung verwendet werden könnten. Doch 2012 baute Boulder Wind Power einen PCB-Stator in einen Direktantriebsgenerator mit einem Durchmesser von 12 Metern für eine Windturbine ein, die eine Leistung von 3 Megawatt und ein Drehmoment von knapp über 2 Millionen Newtonmeter erbrachte. Es war einer der laufruhigsten Hochleistungsgeneratoren, die je gebaut wurden.

Keines der beiden Unternehmen überlebte. Boulder Wind Power ging die Finanzierung aus, bevor es sich kommerzielle Aufträge sichern konnte. CORE Outdoor Power konnte sich auf einem überfüllten Markt, auf dem es billigere Alternativen gab, nicht behaupten. Doch ihre Pionierleistungen zeigten die Machbarkeit von PCB-Statoren.

Spulen wir bis heute vor. Mein Unternehmen Infinitum Electric in Austin, Texas, hat einen PCB-Statormotor entwickelt, der für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist. Unser Motor erzeugt die gleiche Leistung wie ein herkömmlicher Wechselstrom-Induktionsmotor, ist aber nur halb so schwer und groß, verursacht nur einen Bruchteil des Lärms und stößt mindestens 25 % weniger Kohlenstoff aus. Er findet jetzt Anwendung in der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik, in der Schwerindustrie und in Elektrofahrzeugen. Und so funktioniert er.

Der Infinitum-Elektromotor ist ein so genannter Axialflussmotor, eine Konstruktion, bei der die elektromagnetische Verdrahtung des Stators parallel zu einem scheibenförmigen Rotor mit Permanentmagneten verläuft. Wenn Wechselstrom fließt, bringt er den Rotor zum Drehen. Der Motor hat außerdem einen Luftkern, d. h. es gibt kein Eisen, das den magnetischen Fluss vermittelt, und zwischen den magnetischen Teilen des Motors befindet sich nichts als dünne Luft. Nimmt man all diese Dinge zusammen, so erhält man einen Permanentmagnetmotor mit Luftkern und axialem Fluss.

In der Vergangenheit stießen die Versuche, einen solchen Motor zu bauen, auf ernsthafte praktische Hindernisse. Für den Bau des Stators war ein komplexes Herstellungsverfahren erforderlich, die Kupferwicklungen waren sperrig und die Trägerstruktur der Spule war kompliziert. Infolgedessen war der Luftspalt so groß, dass nur eine große Magnetmasse den erforderlichen magnetischen Fluss erzeugen konnte.

Bei Infinitum Electric haben wir auf diese Kupferwicklungen verzichtet und stattdessen fotolithografische Techniken eingesetzt, um dünne Kupferbahnen zu ätzen, die mit einem Epoxid-Glas-Laminat verschachtelt sind, das jede Spule von den benachbarten Spulen isoliert. Durch den Wegfall des Eisenkerns und die Minimierung des Kupfers sparen wir insgesamt 50 bis 65 Prozent des Gewichts und 50 bis 67 Prozent des Volumens des Motors im Vergleich zu einem entsprechenden herkömmlichen Motor mit Eisenkern. Praktischerweise dehnen sich das Kupfer und das Laminat bei steigender und fallender Temperatur in ähnlicher Weise aus und ziehen sich zusammen, so dass Spannungen vermieden werden, die die Komponenten sonst langsam auseinanderziehen könnten.

Das Fehlen eines Statorkerns ermöglicht es uns, zwei identische Rotoren auf beiden Seiten des Stators einander gegenüber zu stellen, wobei jeder Rotor starke Permanentmagnete trägt. Diese Anordnung erzeugt einen konstanten magnetischen Fluss. Wie bei anderen Axialflussmotoren verläuft dieser Fluss nicht radial, sondern parallel zur Drehachse. Da der magnetische Luftspalt eng ist, benötigen wir nur einen kleinen Magneten, weshalb wir aus einer gegebenen Masse und einem gegebenen Volumen eine große Leistung herausholen können.

Unser Motor erzeugt die gleiche Leistung wie ein herkömmlicher Wechselstrom-Induktionsmotor, ist aber nur halb so schwer und groß, verursacht nur einen Bruchteil des Lärms und stößt mindestens 25 % weniger Kohlenstoff aus.

Darüber hinaus werden die Leiterplatten in einem automatisierten Verfahren hergestellt, was bedeutet, dass sie viel gleichmäßiger und zuverlässiger sind als handgewickelte Maschinen. Wir haben sie noch zuverlässiger gemacht, indem wir ihre Topologie vereinfacht haben, die mit den Phasen des Motors zusammenhängt.

Eine elektrische Phase ist eine Wechselspannung, die eine sinusförmige Welle bildet, die gegenüber der Spannung einer anderen Phase zeitlich verschoben ist. Die verschiedenen Phasen sind so synchronisiert, dass die Summe der Ströme immer gleich Null ist. Wenn ein mehrphasiges Spannungssystem an einen Motor angelegt wird, der für jede Phase eine eigene Wicklung hat, erzeugt die Zirkulation mehrerer Ströme ein Magnetfeld, das im Raum rotiert. Die Wechselwirkung zwischen diesem rotierenden Feld und dem von den Rotormagneten erzeugten Feld sorgt dafür, dass sich der Rotor dreht.

Bei früheren Leiterplattenstatoren wurden die Kupferbahnen der verschiedenen Phasen in derselben Lage gemischt, was zu Kurzschlüssen führen konnte. Bei uns trägt jede Lage nur eine elektrische Phase, und wir minimieren die Anzahl der Verbindungen zwischen den Lagen. Diese Anordnung bietet einen durchgängigen Pfad für den elektrischen Strom und verringert das Risiko von elektrischen Ausfällen.

Ein weiterer Vorteil des neuen Layouts ist die Freiheit, die es den Entwicklern gibt, Spulen entweder in Reihe oder parallel zu schalten. Die Reihenschaltung der Spulen eignet sich für dreiphasige Industrieanwendungen und Elektrofahrzeuge der nächsten Generation. Die Parallelschaltung eignet sich besser für Niederspannungsanwendungen, wie z. B. für einen EV-Hilfsmotor.

Wie andere Permanentmagnetmotoren benötigt auch unser Axialflussmotor einen Frequenzumrichter, um den Motor sanft zu starten und auf die gewünschte Drehzahl zu beschleunigen. Der VFD steuert auch die Drehzahl und das Drehmoment entsprechend den Anforderungen der Anwendung.

Ein kurzer Weg für den magnetischen Fluss wird dadurch ermöglicht, dass Rotoren [grau] mit Magneten [rot und blau] um einen dünn gedruckten Stator [grün] herum angeordnet sind.

Die Luftkernkonstruktion verleiht dem Motor jedoch eine außergewöhnlich niedrige Impedanz (in der Regel nur 5 bis 7 Prozent im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor mit Eisenkern), da Luft nicht so viel magnetische Energie speichern kann wie Eisen. Es steht also nur sehr wenig magnetische Energie zur Verfügung, um die Schwankungen der vom Frequenzumrichter an den Motor gelieferten Spannung auszugleichen. Um diesen Mangel zu beheben, haben wir ein weiteres Element hinzugefügt: einen integrierten Frequenzumrichter, der auf den Betrieb mit einem niederohmigen Motor abgestimmt ist. Unser VFD verwendet hocheffiziente Siliziumkarbid-MOSFETs, die Verluste reduzieren und zur Gesamteffizienz des Systems beitragen.izienz.

Der VFD überwacht auch die Leistung, und die Ergebnisse können über die Cloud gemeldet werden, wenn der Benutzer dies wünscht. Auch die Software des Motors kann auf diese Weise aktualisiert werden. Eine solche Fernüberwachung bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten, Energie zu sparen, die Leistung zu steuern und vorherzusagen, wann eine Wartung erforderlich ist.

Durch die geringe Dicke der Leiterplatte ergibt sich ein hohes Oberflächen-Volumen-Verhältnis, das eine effizientere Kühlung ermöglicht, so dass wir mit einer bestimmten Kupfermenge zwei- bis dreimal so viel Strom erzeugen können. Die Kühlung kann durch das Blasen von Luft über die Rippen an der Außenseite des Motors und über die elektronischen Fächer erfolgen.

Durch das Entfernen des Eisenkerns werden Verluste aufgrund der zyklischen Magnetisierung und Entmagnetisierung des Eisens vermieden, während gleichzeitig energieverschwenderische Wirbelströme im Metall vermieden werden. Unser Luftspulenmotor kann daher mit einem hohen Wirkungsgrad in einem Lastbereich von 25 % bis 100 % der Nennleistung arbeiten. Der Verzicht auf den Eisenkern bedeutet auch, dass die Magnete auf den Rotoren einer konstanten Reluktanz und einem konstanten Magnetfeld ausgesetzt sind, wenn sich der Rotor dreht. Durch diese Anordnung werden Wirbelstromverluste in den Magneten und den Rotoren vermieden, die daher aus normalen, nicht laminierten Stahlblechen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt werden können.

Bei einem typischen Elektromotor bestehen sowohl der Stator als auch der Rotor aus ferromagnetischen Materialien. Sobald elektrische Ströme angelegt und rotierende Magnetfelder aufgebaut werden, erzeugen diese Felder zwei Kräfte: eine, die ein nützliches Drehmoment erzeugt und den Rotor in Drehung versetzt, und eine andere, die den Rotor radial zum Stator zieht. Diese radiale Kraft hat keinen Nutzen und verstärkt Geräusche und Vibrationen, weil die Schlitze im Stator, die zur Aufnahme der Kupferspulen erforderlich sind, Impulse erzeugen.

Das passiert aus folgendem Grund: Ein magnetischer Fluss erzeugt eine Kraft, die zunächst in dieselbe Richtung zeigt wie der Rotor; dann, wenn sich der Rotor dreht, ändert sich die Ausrichtung der Rotorpole im Verhältnis zu den Statorschlitzen, bis die Kraft in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Diese wechselnde Kraft erzeugt Drehmomentwellen, die zu Metallermüdung im Motor und in den Maschinen, die er antreibt, führen können.

Beim Infinitum-Motor gibt es keine solche wechselnde Magnetkraft. Dieser Vorteil und andere Effizienzvorteile sind der Grund dafür, dass sein Geräuschpegel im Durchschnitt etwa 5 Dezibel niedriger ist als der von herkömmlichen Motoren. Das mag nicht viel erscheinen, aber diese Komponente des Motorgeräuschs ist in der Regel besonders lästig.

Durch die Kombination der Leichtigkeit eines Luftkernmotors mit der hohen Drehmomentdichte einer Axialflussmaschine eignet sich der Infinitum-Motor gut für die Belüftung von Gebäuden und für HLK-Systeme. Das ist besonders nützlich, da die Pandemie die Reinigung der Innenraumluft zu einer Priorität gemacht hat. Wärmepumpen, die in einem System heizen und kühlen, sind eine weitere Anwendung, bei der der Motor Energie sparen, die Installation erleichtern und die Geräuschentwicklung reduzieren kann. Jüngsten Tests der U.S. General Services Administration und des U.S. Department of Energy zufolge könnten Infinitum Electric Motoren jährlich bis zu 8 Millionen US-Dollar einsparen, wenn sie in den HVAC-Anlagen der GSA eingesetzt würden.

Elektrofahrzeuge sind ein weiterer großer Markt für diesen neuen Motor. Laut der U.S. Energy Information Administration wird der Anteil der Elektrofahrzeuge an der weltweiten Fahrzeugflotte im Jahr 2050 voraussichtlich 31 Prozent betragen.

Unser Unternehmen arbeitet mit einem führenden Automobilzulieferer zusammen, um einen ölgekühlten Motor für ein Langstrecken-Hybridfahrzeug zu entwickeln. Die Ölkühlung arbeitet viel effizienterBei unserer Konstruktion ist die Ölkühlung einfacher als bei einem herkömmlichen Motor, da das Kühlmittel problemlos auf die gesamte Oberfläche der Leiterplatte aufgebracht werden kann. Mit der Ölkühlung haben wir die Leistungsdichte gegenüber unserem eigenen luftgekühlten Motor um das Dreifache erhöht, so dass die Leistungsdichte im Bereich von 8 bis 12 kW/kg liegt. Damit eignet sich die ölgekühlte Version für den Einsatz in der elektrischen Luftfahrt, einem weiteren vielversprechenden Markt.

Wir arbeiten auch mit Unternehmen zusammen, die sich auf den Materialtransport spezialisiert haben, z. B. Gabelstapler, Fördersysteme und Mischanlagen, die bei der Herstellung von Lebensmitteln und Getränken verwendet werden. Caterpillar Venture Capital hat in Infinitum Electric investiert, um eine neue Reihe von Generatoren zu entwickeln, die ein Drittel der Größe und des Gewichts bestehender Modelle haben und außerdem leiser und effizienter sind. Der Markt für Lichtmaschinen wird auf 17 Milliarden Dollar pro Jahr geschätzt, Tendenz steigend.

Wir schätzen, dass, wenn jeder Motor auf der Welt durch einen Infinitum-Electric-Motor ersetzt würde, die Kohlendioxidemissionen um 860 Millionen Tonnen pro Jahr gesenkt würden. ….

Quelle

Die geschichteten Komponenten eines Axialflussmotors von Infinitum Electric sind hier in einer Explosionszeichnung dargestellt.INFINITUM ELECTRIC

Diese Energieeinsparung ist von entscheidender Bedeutung: Software mag die Welt auffressen, aber Elektrizität ist zunehmend das, was die Welt am Laufen hält. Elektromotoren verbrauchen heute etwas mehr als die Hälfte des weltweiten Stroms. Nach Angaben der Marktforschungsgruppe Imarc werden heute weltweit jährlich etwa 800 Millionen Motoren verkauft, eine Zahl, die jedes Jahr um 10 Prozent steigt. Elektromotoren halten Einzug in Autos, Züge und Flugzeuge, aber auch in Industrieanlagen sowie in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen. Verkehr, Bauwesen und HLK sind zusammen für etwa 60 Prozent aller Treibhausgasemissionen in den USA verantwortlich; effizientere Elektromotoren werden dazu beitragen, die Emissionen in diesen Sektoren zu senken.

Trotz der Vorteile des PCB-Stators wurde das Design aufgrund einiger Missverständnisse nur langsam angenommen.

Zunächst herrschte der Irrglaube, dass Leiterplatten nur für empfindliche Anwendungen geeignet seien. Doch 2011 entwickelte CORE Outdoor Power einen Laubbläser und einen Unkrautschneider, die beide einen Leiterplatten-Stator verwendeten und dennoch robust und leise waren.

Zweitens herrschte die Meinung vor, dass PCB-Statoren nur für Maschinen mit geringer Leistung verwendet werden könnten. Doch 2012 baute Boulder Wind Power einen PCB-Stator in einen Direktantriebsgenerator mit einem Durchmesser von 12 Metern für eine Windturbine ein, die eine Leistung von 3 Megawatt und ein Drehmoment von knapp über 2 Millionen Newtonmetern lieferte. Es war einer der laufruhigsten Hochleistungsgeneratoren, die je gebaut wurden.

Keines der beiden Unternehmen überlebte. Boulder Wind Power ging die Finanzierung aus, bevor es sich kommerzielle Aufträge sichern konnte. CORE Outdoor Power konnte sich auf einem überfüllten Markt, auf dem es billigere Alternativen gab, nicht behaupten. Doch ihre Pionierleistungen zeigten die Machbarkeit von PCB-Statoren.

Spulen wir bis heute vor. Mein Unternehmen, Infinitum Electric in Austin, Texas, hat einen PCB-Statormotor entwickelt, der sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet. Unser Motor erzeugt die gleiche Leistung wie ein herkömmlicher Wechselstrom-Induktionsmotor, ist aber nur halb so schwer und groß, verursacht nur einen Bruchteil des Lärms und stößt mindestens 25 % weniger Kohlenstoff aus. Er findet jetzt Anwendung in der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik, in der Schwerindustrie und in Elektrofahrzeugen. Und so funktioniert er.

Der Infinitum Elektromotor handelt es sich um einen so genannten Axialflussmotor, eine Konstruktion, bei der die elektromagnetische Verdrahtung des Stators parallel zu einem scheibenförmigen Rotor mit Permanentmagneten verläuft. Wenn Wechselstrom durchfließt, wird der Rotor in Drehung versetzt. Der Motor hat außerdem einen Luftkern, d. h. es gibt kein Eisen, das den magnetischen Fluss vermittelt, und zwischen den magnetischen Teilen des Motors befindet sich nichts als dünne Luft. Nimmt man all diese Dinge zusammen, so erhält man einen Permanentmagnetmotor mit Luftkern und axialem Fluss.

In der Vergangenheit stießen die Versuche, einen solchen Motor zu bauen, auf ernsthafte praktische Hindernisse. Für den Bau des Stators war ein komplexes Herstellungsverfahren erforderlich, die Kupferwicklungen waren sperrig und die Trägerstruktur der Spule war kompliziert. Infolgedessen war der Luftspalt so groß, dass nur eine große Magnetmasse den erforderlichen magnetischen Fluss erzeugen konnte.

Bei Infinitum Electric haben wir auf diese Kupferwicklungen verzichtet und stattdessen fotolithografische Verfahren eingesetzt, um dünne Kupferbahnen zu ätzen, die mit einem Epoxid-Glas-Laminat verschachtelt sind, das jede Spule von den benachbarten Spulen isoliert. Durch die Eliminierung des Eisenkerns und die Minimierung des Kupfers werden im Vergleich zu einem entsprechenden herkömmlichen Motor mit Eisenkern 50 bis 65 Prozent des Gewichts und 50 bis 67 Prozent des Volumens eingespart. Praktischerweise dehnen sich das Kupfer und das Laminat bei steigenden und fallenden Temperaturen in ähnlicher Weise aus und ziehen sich zusammen, so dass Spannungen vermieden werden, die die Komponenten sonst langsam auseinanderziehen könnten.

Das Fehlen eines Statorkerns ermöglicht es uns, zwei identische Rotoren auf beiden Seiten des Stators einander gegenüber zu stellen, wobei jeder Rotor starke Permanentmagnete trägt. Diese Anordnung erzeugt einen konstanten magnetischen Fluss. Wie bei anderen Axialflussmotoren verläuft dieser Fluss nicht radial, sondern parallel zur Drehachse. Da der magnetische Luftspalt eng ist, benötigen wir nur einen kleinen Magneten, weshalb wir aus einer gegebenen Masse und einem gegebenen Volumen eine große Leistung herausholen können.

Unser Motor erzeugt die gleiche Leistung wie ein herkömmlicher Wechselstrom-Induktionsmotor, ist aber nur halb so schwer und groß, verursacht nur einen Bruchteil des Lärms und stößt mindestens 25 % weniger Kohlenstoff aus.

Darüber hinaus werden die Leiterplatten in einem automatisierten Verfahren hergestellt, was bedeutet, dass sie viel gleichmäßiger und zuverlässiger sind als handgewickelte Maschinen. Wir haben sie noch zuverlässiger gemacht, indem wir ihre Topologie vereinfacht haben, die mit den Phasen des Motors zusammenhängt.

Eine elektrische Phase ist eine Wechselspannung, die eine sinusförmige Welle bildet, die gegenüber der Spannung einer anderen Phase zeitlich verschoben ist. Die verschiedenen Phasen sind so synchronisiert, dass die Summe der Ströme immer gleich Null ist. Wenn ein mehrphasiges Spannungssystem an einen Motor angelegt wird, der für jede Phase eine eigene Wicklung hat, erzeugt die Zirkulation mehrerer Ströme ein Magnetfeld, das im Raum rotiert. Die Wechselwirkung zwischen diesem rotierenden Feld und dem von den Rotormagneten erzeugten Feld sorgt dafür, dass sich der Rotor dreht.

Bei früheren Leiterplattenstatoren wurden die Kupferbahnen der verschiedenen Phasen in derselben Schicht gemischt, was zu Kurzschlüssen führen konnte. Bei uns trägt jede Lage nur eine elektrische Phase, und wir minimieren die Anzahl der Verbindungen zwischen den Lagen. Diese Anordnung bietet einen durchgängigen Pfad für den elektrischen Strom und verringert das Risiko von elektrischen Ausfällen.

Ein weiterer Vorteil des neuen Layouts ist die Freiheit, die es den Entwicklern gibt, Spulen entweder in Reihe oder parallel zu schalten. Die Reihenschaltung der Spulen eignet sich für dreiphasige Industrieanwendungen und die nächste Generation von Elektrogeräten.rische Fahrzeuge. Die Parallelschaltung eignet sich besser für Niederspannungsanwendungen, wie z. B. für einen EV-Hilfsmotor.

Wie andere Permanentmagnetmotoren benötigt auch unser Axialflussmotor einen Frequenzumrichter, um den Motor sanft zu starten und auf die gewünschte Drehzahl zu beschleunigen. Der VFD steuert auch die Drehzahl und das Drehmoment entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Anwendung.

Ein kurzer Weg für den magnetischen Fluss wird dadurch ermöglicht, dass Rotoren [grau] mit Magneten [rot und blau] um einen dünn gedruckten Stator [grün] herum angeordnet sind.

Die Luftkernkonstruktion verleiht dem Motor jedoch eine außergewöhnlich niedrige Impedanz (in der Regel nur 5 bis 7 Prozent im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor mit Eisenkern), da Luft nicht so viel magnetische Energie speichern kann wie Eisen. Es steht also nur sehr wenig magnetische Energie zur Verfügung, um die Schwankungen der vom VFD an den Motor gelieferten Spannung auszugleichen. Um diesen Mangel zu beheben, haben wir ein weiteres Element hinzugefügt: einen integrierten Frequenzumrichter, der auf den Betrieb mit einem niederohmigen Motor abgestimmt ist. Unser VFD verwendet hocheffiziente Siliziumkarbid-MOSFETs, die Verluste reduzieren und zur Gesamteffizienz des Systems beitragen.

Der VFD überwacht auch die Leistung, und die Ergebnisse können auf Wunsch des Benutzers über die Cloud gemeldet werden. Auch die Software des Motors kann auf diese Weise aktualisiert werden. Eine solche Fernüberwachung bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten, Energie zu sparen, die Leistung zu steuern und vorherzusagen, wann eine Wartung erforderlich ist.

Durch die geringe Dicke der Leiterplatte ergibt sich ein hohes Oberflächen-Volumen-Verhältnis, das eine effizientere Kühlung ermöglicht, so dass wir mit einer bestimmten Kupfermenge zwei- bis dreimal so viel Strom erzeugen können. Die Kühlung kann durch das Blasen von Luft über die Rippen an der Außenseite des Motors und über die elektronischen Fächer erfolgen.

Durch das Entfernen des Eisenkerns werden Verluste aufgrund der zyklischen Magnetisierung und Entmagnetisierung des Eisens vermieden, während gleichzeitig energieverschwenderische Wirbelströme im Metall vermieden werden. Unser Luftspulenmotor kann daher mit einem hohen Wirkungsgrad in einem Lastbereich von 25 % bis 100 % der Nennleistung arbeiten. Der Verzicht auf den Eisenkern bedeutet auch, dass die Magnete auf den Rotoren einer konstanten Reluktanz und einem konstanten Magnetfeld ausgesetzt sind, wenn sich der Rotor dreht. Durch diese Anordnung werden Wirbelstromverluste in den Magneten und den Rotoren vermieden, die daher aus normalen, nicht laminierten Stahlblechen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt werden können.

In einem typischen Elektromotor bestehen sowohl der Stator als auch der Rotor aus ferromagnetischen Materialien. Sobald elektrische Ströme angelegt und rotierende Magnetfelder aufgebaut werden, erzeugen diese Felder zwei Kräfte: eine, die ein nützliches Drehmoment erzeugt und den Rotor in Drehung versetzt, und eine andere, die den Rotor radial zum Stator zieht. Diese Radialkraft hat keinen Nutzen und verstärkt Geräusche und Vibrationen, weil die Schlitze im Stator, die für die Aufnahme der Kupferspulen erforderlich sind, Impulse erzeugen.

Das passiert aus folgendem Grund: Ein magnetischer Fluss erzeugt eine Kraft, die zunächst in dieselbe Richtung zeigt wie der Rotor; dann, wenn sich der Rotor dreht, ändert sich die Ausrichtung der Rotorpole im Verhältnis zu den Statorschlitzen, bis die Kraft in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Diese wechselnde Kraft erzeugt Drehmomentwellen, die zu Metallermüdung im Motor und in den Maschinen, die er antreibt, führen können.

Beim Infinitum-Motor gibt es keine solche wechselnde Magnetkraft. Dieser Vorteil und andere Effizienzvorteile sind der Grund dafür, dass sein Geräusch im Durchschnitt etwa 5 Dezibel niedriger ist als das eines herkömmlichen Motors.

s. Das mag nicht nach einer großen Verringerung klingen, aber diese Komponente des Motorgeräuschs ist in der Regel besonders lästig.

Durch die Kombination der Leichtigkeit eines Luftkernmotors mit der hohen Drehmomentdichte einer Axialflussmaschine eignet sich der Infinitum-Motor gut für Gebäudebelüftungs- und HVAC-Systeme. Das ist besonders nützlich, da die Pandemie die Reinigung der Innenraumluft zu einer Priorität gemacht hat. Wärmepumpen, die in einem System heizen und kühlen, sind eine weitere Anwendung, bei der der Motor Energie sparen, die Installation erleichtern und die Geräuschentwicklung reduzieren kann. Jüngsten Tests der U.S. General Services Administration und des U.S. Department of Energy zufolge könnten Infinitum Electric Motoren jährlich bis zu 8 Millionen US-Dollar einsparen, wenn sie in den HVAC-Anlagen der GSA eingesetzt würden.

Elektrofahrzeuge sind ein weiterer großer Markt für diesen neuen Motor. Laut der U.S. Energy Information Administration wird der Anteil der Elektrofahrzeuge an der weltweiten Fahrzeugflotte im Jahr 2050 voraussichtlich 31 Prozent betragen.

Unser Unternehmen arbeitet mit einem führenden Automobilzulieferer zusammen, um einen ölgekühlten Motor für ein Langstrecken-Hybridfahrzeug zu entwickeln. Die Ölkühlung funktioniert bei unserer Konstruktion viel effizienter als bei einem herkömmlichen Motor, da das Kühlmittel problemlos auf die gesamte Oberfläche der Leiterplatte aufgebracht werden kann. Mit der Ölkühlung konnten wir die Leistungsdichte gegenüber unserem eigenen luftgekühlten Motor um das Dreifache steigern und die Leistungsdichte in den Bereich von 8 bis 12 kW/kg bringen. Damit eignet sich die ölgekühlte Version für den Einsatz in der elektrischen Luftfahrt, einem weiteren vielversprechenden Markt.

Wir arbeiten auch mit Unternehmen zusammen, die sich auf den Materialtransport spezialisiert haben, z. B. Gabelstapler, Fördersysteme und Mischanlagen, die bei der Herstellung von Lebensmitteln und Getränken verwendet werden. Caterpillar Venture Capital hat in Infinitum Electric investiert, um eine neue Reihe von Generatoren zu entwickeln, die ein Drittel der Größe und des Gewichts bestehender Modelle haben und außerdem leiser und effizienter sind. Der Markt für Lichtmaschinen wird auf 17 Milliarden Dollar pro Jahr geschätzt, Tendenz steigend.

Wir schätzen, dass, wenn jeder Motor auf der Welt durch einen Infinitum Electric Motor ersetzt würde, dies die Kohlenstoffemissionen um 860 Millionen Tonnen pro Jahr reduzieren würde….


Weiterlesen: https://spectrum.ieee.org/ev-charging-800-volt