مزایای ژنراتورهای دیسکی چیست؟

ژنراتور دیسکی (که با نام‌های ژنراتور شار محوری یا ژنراتور دیسکی نیز شناخته می‌شود) نوعی موتور با ساختاری متفاوت از ژنراتورهای شار شعاعی سنتی (رایج‌ترین نوع ژنراتور با روتور و استاتور استوانه‌ای) است.

این ماده به دلیل داشتن مجموعه‌ای از مزایای برجسته، به ویژه در زمینه‌های کاربردی خاص، توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده است.

مزایای اصلی ژنراتورهای دیسکی عبارتند از:

01

چگالی توان و چگالی گشتاور بسیار بالا

این مزیت اصلی ژنراتورهای دیسکی است. ساختار آن مسطح است و مسیر شار مغناطیسی محوری (در امتداد محور) است، به این معنی که می‌تواند قدرت و گشتاور بسیار بیشتری نسبت به ژنراتورهای سنتی با قطر و حجم یکسان تولید کند.

نتیجه: این امر باعث می‌شود موتور بسیار جمع و جور و سبک ساخته شود، در حالی که قدرت قدرتمندی تولید می‌کند. این امر برای کاربردهایی که به فضا و وزن بسیار حساس هستند، بسیار مهم است.

02

ساختار جمع و جور، ظاهر صاف

به دلیل طراحی «دیسکی شکل» یا «کیک شکل»، طول محوری (ضخامت) آن بسیار نازک است، اما قطر آن نسبتاً بزرگ است.

کاربرد: بسیار مناسب برای ادغام در توپی‌های چرخ (مانند موتورهای توپی چرخ برای وسایل نقلیه الکتریکی)، سیستم‌های محرک مستقیم برای توربین‌های بادی و دستگاه‌های مختلف با نیازهای فضای نصب ویژه.

03

راندمان بالا و تلفات کم ریل

مدار مغناطیسی ژنراتور دیسکی کوتاه است و بسیاری از طرح‌ها از ساختارهای بدون هسته یا با هسته کم استفاده می‌کنند (سیم‌پیچ استاتور با موادی مانند رزین اپوکسی، بدون ورق‌های فولادی سیلیکونی سنتی، پخته می‌شود).

مزایا:

حذف تلفات آهن: بدون هسته آهنی، از تلفات جریان گردابی و تلفات هیسترزیس جلوگیری می‌شود که به طور قابل توجهی راندمان را در حین کار با سرعت بالا بهبود می‌بخشد.

اثر دندانه‌دار شدن صفر: طراحی بدون هسته تضمین می‌کند که هنگام چرخش روتور هیچ تغییری در مقاومت مغناطیسی ایجاد نمی‌شود و در نتیجه گشتاور راه‌اندازی بسیار کم و عملکرد روان و بی‌صدا را به همراه دارد.

04

عملکرد دینامیکی عالی و ویژگی‌های کنترلی

به دلیل ممان اینرسی پایین (روتور معمولاً نازک و سبک است)، می‌تواند خیلی سریع شتاب بگیرد و سرعتش کم شود.

کاربرد: عملکرد عالی در موقعیت‌هایی که نیاز به شروع و توقف مکرر و پاسخ سریع به تغییرات سرعت دارند، مانند سروو درایوهای صنعتی و اتصالات ربات.

05

عملکرد خوب در دفع حرارت

شکل مسطح، سطح تماس بیشتری را برای سیم‌پیچ گرمایشی استاتور فراهم می‌کند و باعث می‌شود گرما راحت‌تر از طریق محفظه دفع شود. اگر ساختاری با دو استاتور که یک روتور را احاطه کرده‌اند، وجود داشته باشد، اثر دفع گرما بهتر است.

مزیت: به موتور اجازه می‌دهد تا تحت بار زیاد و طولانی مدت بدون افت عملکرد (مغناطیس‌زدایی) ناشی از گرمای بیش از حد کار کند و در نتیجه ظرفیت اضافه بار موتور را بهبود بخشد.

06

مناسب برای اتصال مستقیم با موتورهای پرسرعت

با توجه به روتور محکم و ویژگی‌های تلفات کم، ژنراتور دیسکی برای اتصال مستقیم به توربین‌های پرسرعت (مانند توربین‌های گازی میکرو) بدون نیاز به گیربکس کاهنده بسیار مناسب است و ساختار سیستم را ساده کرده و قابلیت اطمینان کلی را بهبود می‌بخشد.

خلاصه و سناریوهای کاربردی

با ترکیب این مزایا، ژنراتورهای دیسکی به ویژه برای زمینه‌های زیر مناسب هستند:

وسایل نقلیه انرژی نو: موتورهای توپی چرخ، موتورهای محرک اصلی (برای مثال، مدل‌های اولیه تسلا مدل S/X از موتورهای شار محوری ارائه شده توسط شرکت تایوانی فوتیان الکتریک استفاده می‌کردند).

تولید برق بادی: توربین‌های بادی با درایو مستقیم می‌توانند گیربکس‌های حجیم را حذف کرده، قابلیت اطمینان و کارایی را بهبود بخشند.

هوافضا: حوزه‌ای که به وزن و توان بسیار بالایی نیاز دارد، مانند منابع تغذیه کمکی هواپیما و سیستم‌های پیشرانش هواپیماهای بدون سرنشین.

تجهیزات صنعتی پیشرفته: سروو موتورها، اتصالات ربات، ابزارهای CNC با دقت بالا.

سیستم تولید برق میکرو با سرعت بالا: همراه با توربین‌های گازی میکرو استفاده می‌شود.

البته، این روش معایبی هم دارد:

فرآیند تولید پیچیده و هزینه آن بالا است، به خصوص برای فرآیند سیم پیچی و پخت استاتورهای بدون آهن که پیچیده تر از تولید موتور سنتی است و در نتیجه قیمت واحد بالاتری دارد.

مقدار فولاد مغناطیسی مورد استفاده ممکن است بیشتر باشد: برای به دست آوردن میدان مغناطیسی بالا، گاهی اوقات به مواد آهنربای دائمی بیشتری نیاز است.

مشکل نیروی کشش مغناطیسی محوری: در یک ساختار با شکاف هوایی واحد، روتور نیروی کشش مغناطیسی محوری قوی را تجربه خواهد کرد که الزامات بالاتری را بر طراحی و طول عمر یاتاقان تحمیل می‌کند (اما ساختار روتور دوگانه می‌تواند این نیرو را خنثی کند).

به طور خلاصه، مزایای ژنراتورهای دیسکی بسیار برجسته است، به خصوص در کاربردهای مدرن با فناوری پیشرفته که به دنبال وزن سبک، کوچک‌سازی، راندمان بالا و عملکرد پویا هستند. آنها به طور فزاینده‌ای رقابت‌پذیری قوی از خود نشان می‌دهند.