Stille revolutie van de permanente magneet | Technisch Weekblad
Nieuws

Stille revolutie van de permanente magneet

Elektromotoren met permanente magneten (pm) nemen steeds vaker de plaats in van hun asynchrone collega’s. Pm-motoren zijn tegenwoordig te vinden in de meest uiteenlopende toepassingen. Varië rend van vorkheftrucks tot microgasturbines.

Een hoog rendement van ruim negentig procent, een hoog koppel – zelfs bij een laag toerental – en de compacte bouw door het ontbreken van tandwielenkasten en frequentieregelaars. Dat zien steeds meer afnemers in de industrie en andere sectoren als dé voordelen van elektromotoren (en ook generatoren) met permanente magneten. Met als gevolg dat ze in steeds meer toepassingen opduiken. Variërend van centrifugaalkoelmachines en persluchtcompressoren tot vorkheftrucks, stadsbussen, scheepsaandrijvingen, papiermachines en windturbines. Maar ook de nieuwe Honda Civic IMA heeft een pm-elektromotor die dienst doet als tweede startmotor en als generator voor de remenergie.

Ing. Klaas de Jong van Energieprojecten.com volgt de ontwikkelingen op de voet. Hij organiseerde op 12 mei in Zaltbommel een studiedag over pm-motoren in de industrie en de vervoerssector. ‘Elektromotoren nemen ruim de helft van het industriële elektriciteitsverbruik voor hun rekening. Geen wonder dat bedrijven op zoek gaan naar alternatieven om de kosten te verminderen.’

 

Voldoende koppel

Elektromotoren zijn tot dusver kortsluitankerof inductiemotoren. Kenmerk is dat in de wikkelingen eerst een magnetisch veld moet worden opgewekt om voldoende koppel op te bouwen voor de aandrijving van machines of voertuigen. Maar bij permanente magneten is die tussenstap overbodig, aangezien ze voor een rechtstreekse aandrijving zorgen. Door de lage bedrijfstemperaturen behouden de magneten langdurig hun magnetische eigenschappen, waardoor een frequentieregeling en een tandwielkast overbodig zijn. Vandaar dat pm-motoren een rendement van ruim 92 procent halen. Kortsluitankermotoren komen niet verder dan tussen de 80 en 85 procent. Oorspronkelijk werden permanente magneten vooral toegepast in motoren met kleine vermogens en hoge toerentallen (50.000 tot 100.000 onw/min), zoals in een microgasturbine.

Door technische verbeteringen komen inmiddels ook zwaardere toepassingen in aanmerking. Dat blijkt wel uit de elektromotoren die ABB op de markt brengt. René de Man, werkzaam bij de business unit Motor and Drives in Rotterdam: ‘We passen permanente magneten nu toe in elektromotoren die qua bouwgrootte identiek zijn aan industriële IEC-motoren. Deze machines hebben een extreem hoog koppel bij lage toerentallen. We leveren die elektromotoren voor vermogens van 17 tot 2500 kW en koppels van 1000 tot 50.000 Nm.’ Zo paste zijn bedrijf deze techniek toe in aandrijvingen voor schepen, azipods genaamd. Maar het bedrijf heeft ook al pm-generatoren verkocht aan fabrikanten van grotere windturbines, in de vermogensklasse van 1 tot 2 MW. Daarnaast heeft ABB inmidels zo’n 150 elektromotoren verkocht voor de aandrijving van papiermachines. Vooral in deze sector, maar ook bij bedrijven met bijvoorbeeld compressoren, pompen, extruders, ventilatoren en conveyersystemen, ziet De Man goede marktperspectieven.

Opvallend is dat Nederland met zijn relatief kleine elektromotorenindustrie enkele opzienbarende innovaties heeft voortgebracht. Daarin speelt e-Traction in Apeldoorn een belangrijke rol. Dit bedrijf heeft het concept voor ‘The Wheel’ voor motorvoertuigen ontwikkeld: een aandrijfsysteem, waarbij de elektromotor met permanente magneten en de controler in de wielnaaf zijn geïntegreerd. Directeur ing. Arjen Heinen: ‘E-Traction is een applicatiecentrum voor elektrische aandrijvingen. We zoeken geïnteresseerde marktpartijen voor toepassingen van The Wheel.’

Een recent voorbeeld is de elektrische aangedreven vorkheftruck die e-Traction heeft ontwikkeld in samenwerking met het Development Centre for Mechatronics van SKF in Nieuwegein. Heinen: ‘Hoewel SKF deze vorfheftruck vooral gebruikt als promotieartikel op beurzen, blijkt dat het energiegebruik zeker vijf keer lager is dan vorfheftrucks met hydraulische aandrijving en besturing.’ Een project waarmee e-Traction inmiddels de nodige bekendheid geniet, is de experimentele stadsbus The Whisper die sinds 1 januari rondrijdt in Apeldoorn. Deze bus met lichtgewicht constructie beschikt over een hybridische aandrijving: een kleine dieselmotor voor het opladen van de accu’s en twee pm-elektromotoren voor de wielaandrijving. Bij het project zijn ook Connexxion, busfabrikant VDL Berkhof, Nuon, de provincie Gelderland, SenterNovem en TNO betrokken. Over enkele weken zal TNO de eerste resultaten van de proef presenteren, zoals het rijgedrag, energiegebruik en geluidsniveau. Met enige voorzichtigheid wil Heinen wel een paar bevindingen kwijt. ‘Er zitten nog wel een paar ontwerpfouten in dit project. Zo is bijvoorbeeld gebleken dat de elektrische wielnaafmotoren eigenlijk te groot en te krachtig zijn voor het oorspronkelijke remsysteem van de bus. Dat komt doordat we deze uitvoering van The Wheel eigenlijk hebben ontworpen voor een veel zwaarder voertuig, een RoRo-voertuig voor het laden en lossen van containers. Maar de gemeente Apeldoorn wilde per se op 1 oktober 2003 van start gaan en voor die datum konden we geen alternatief meer ontwikkelen. Dit punt willen we in het vervolgproject verbeteren door te kiezen voor een kleiner wielsysteem.’

Op andere onderdelen doet de Apeldoornse stadsbus volgens Heinen wel wat er van hem wordt verlangd. ‘Hij haalt met gemak de beoogde geluidsreductie van 75 naar 60 decibel, en rijdt ook in zijn huidige vorm veel zuiniger dan een normale dieselbus. Dat scheelt een factor vijf.’

Over het vervolgtraject Whisper 2 is volgens Heinen nog geen financiële overeenstemming bereikt. De directeur van e-Traction ziet een mooie toekomst weggelegd voor pm-motoren voor relatief langzame voertuigen die maximaal 70 tot 80 km/uur rijden. Daarbij denkt hij bijvoorbeeld aan stadsen trolleybussen, terreinwagens, carriers en people movers.

 

Vermogensklasse

Ook windturbines lijken zeer geschikt voor toepassing van generatoren met permanente magneten, aangezien er behoefte is aan een hoog rendement bij een variabel toerental. Zo heeft het Amsterdamse bedrijf Zephros sinds april 2002 een 2 MW-windturbine geplaatst op de Maasvlakte. Deze turbine beschikt over een 4000 Volt generator met permanente magneten, afkomstig van ABB Finland. De generator wordt rechtstreeks aangedreven door een rotor die slechts 15 tot 25 omwentelingen per minuut maakt.

Voor een heel andere vermogensklasse heeft Turby in Lochem gekozen. Het Gelderse bedrijf koos voor een generator met permanente magneten, aangedreven door een kleine windturbine van 2,5 kW. Het bijzonder van dit ontwerp is dat deze windturbine op daken van flatgebouwen kan wordt geplaatst, aangezien de masthoogte niet groter is dan vijf meter. Op flatgebouwen profiteert de Turby van de windstuwing, de verhoogde windsnelheid op daken van hoge gebouwen. Het rotorontwerp is helemaal op deze windrichting aangepast, terwijl de verticale as direct gekoppeld is aan de generator.

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu 2 gratis proefnummers TW