Einführung:Axialfeldmotoren verfügen über einen ebenen Luftspalt und ein axiales Magnetfeld und werden daher auch Scheibenmotoren oder Kreismotoren genannt. Axialfeldmotoren sind kompakt, klein, leicht und weisen eine hohe Drehmomentdichte auf. Der erste Elektromotor der Welt war der Scheibengenerator von Faraday.
Eigenschaften des Scheibenmotors
1) Flache Form und kurze axiale Abmessung, wodurch sie besonders für Anwendungen mit strengen Platzbeschränkungen geeignet sind.
2) Der Luftspalt ist planar und das Luftspaltmagnetfeld ist axial, daher der Name Axialfeldmotor.
3) Das Funktionsprinzip von Scheibenmotoren ist das gleiche wie das von Säulenmotoren.
1. Scheibenmotorstruktur
Scheibenmotoren gibt es in verschiedenen Konfigurationen, einschließlich Einzelscheibenmotoren, Doppelscheibenmotoren und Verbundscheibenmotoren.
Bei herkömmlichen Motorstrukturen befindet sich der Stator am Umfang und der Rotor dreht sich in der Mitte (siehe Abbildung unten rechts). Der Spalt zwischen Stator und Rotor ist eine zylindrische Fläche (siehe Abbildung unten links). Die halb-transparente zylindrische Oberfläche in der Abbildung ist die Luftspaltoberfläche. Die magnetischen Kraftlinien verlaufen senkrecht zur Luftspaltoberfläche und parallel zur Durchmesserrichtung an diesem Punkt, der als radialer Luftspaltfluss bezeichnet wird.
Bei den meisten Scheibenmotoren sind sowohl der Stator als auch der Rotor scheibenförmig und der Luftspalt zwischen ihnen ist eine Ebene senkrecht zur Motorwelle. Die Abbildung unten links zeigt diese Luftspaltebene, halb-transparent dargestellt. Magnetische Kraftlinien verlaufen senkrecht zur Luftspaltebene und parallel zur Wellenrichtung, was als axialer Luftspaltfluss bezeichnet wird.. 1.Einzelscheibenstruktur
Die Einzelscheibenstruktur ist einfach, aber um das Problem des Ungleichgewichts der Axialkräfte zu lösen, ist die Drehmomentdichte nicht sehr hoch und wird hauptsächlich in Generatoren verwendet.
2. Zwischenrotor
Die Zwischenrotor--Doppelstatorstruktur (S-R-S) ist eine Rotorscheibe mit Magneten in der Mitte und Statorwicklungskernen an beiden Enden. Die Drehmomentdichte wird erhöht und die magnetische Anziehungskraft der Kerne auf beiden Seiten kann sich gegenseitig aufheben, wodurch das Problem der unausgeglichenen Axialkraft gelöst wird. Ein weiterer Vorteil der Zwischenrotorstruktur ist die sehr hohe Wärmeableitungseffizienz der Wicklungen und Kerne.
Die Zwischenrotorstruktur ist zur Hauptkonfiguration geworden, vor allem weil der Zusammenbau von Stator und Rotor durch eine hochpräzise Positionierung einfacher zu erreichen ist. In einem gezeigten Beispiel ist der Stator durch Schweißen direkt mit dem Chassis verbunden. Der Zwischenrotorstruktur entspricht die Zwischenstatorstruktur, auch Innenstatorstruktur genannt. Bei diesem Aufbau liegen die beiden Rotorscheiben außen und der Stator innen.
3. Zwischenstator
Zwischenstator-Doppelrotorstruktur (R-S-R): Die Zwischenstatorstruktur verfügt außerdem über einen doppelten Luftspalt und kann einen Axialkraftausgleich erreichen. Dieses Gleichgewicht spiegelt sich jedoch auf der Rotorwelle wider; Jede einzelne Rotorscheibe ist weiterhin einer einseitigen Krafteinwirkung ausgesetzt. Daher muss die axiale Verformung der Rotorscheibe sorgfältig berechnet werden, um große Ungleichmäßigkeiten in der Luftspaltdicke zu vermeiden.
Ein einzigartiger Vorteil der Zwischenstatorstruktur ist ihre Eignung für kernlose oder dünne{0}}Kernstrukturen. Nachteilig ist jedoch die Schwierigkeit bei der Positionierung und Montage des Stators. Die Zwischenstatorstruktur weist im Vergleich zur Zwischenrotorstruktur schlechtere Wärmeableitungseigenschaften auf, da die Wicklungen die Hauptwärmequelle sind. Da die Wicklungen die Endabdeckungen nicht direkt berühren, ist die Wärmeableitungseffizienz sehr gering und es kann sich leicht Wärme in den Scheiben ansammeln. Daher muss ein zusätzlicher interner Kühlluftpfad entworfen werden.
4. Mehrscheiben-Verbundstruktur
Eine Mehrscheiben-Verbundstruktur ist im Wesentlichen eine axiale Überlagerung einer Zwischenstatorstruktur und einer Zwischenrotorstruktur. Diese Struktur kann eine hohe Drehmomentdichte bieten, ihre Montage und Konstruktion ist jedoch sehr komplex und wird im Allgemeinen nicht häufig verwendet.
