A villanymotor-fejlesztések új eredményei

Az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése érdekében a mezőgazdaság villamosítása nagy jelentőséggel bír, de ennek általánossá válásáig még számos felvetődő problémát meg kell oldani.

A 75 kW hajtásteljesítménynél kisebb traktorok és gépek esetében a hibrid megoldás mellett a tiszta villamos hajtás terjedése fel fog gyorsulni. A 75–300 kW teljesítménytartományban a dízel-villamos hibrid hajtás lesz a meghatározó. A 300 kW feletti motorteljesítményt igénylő nagy traktorok esetében megmarad a belső égésű motoros hajtás (dízel, bioüzemanyagok, földgáz és hidrogén hajtóanyag alkalmazásával).

A villamosított mezőgazdasági gép a villamosenergia-szolgáltató (pl. akkumulátor) berendezés mellett integrált szoftverkeretrendszerből, villamos munkahengerekből, teljesítményelektronikából és motorokból áll. Több vállalat készíti a villamos vontatási hajtás komplett rendszereit és főbb részegységeit, most ezek kialakításáról kívánunk röviden beszámolni az alábbi, kiragadott példákon keresztül.

Egyenáramú vagy váltakozó áramú villanymotor

A motorok (generátorok) két nagy csoportba sorolhatók, úgymint az egyenáramú (DC) motorok (1. a kép) és a váltakozó áramú (AC) motorok (1. b kép) családjába. Újabban kefe nélküli DC táplálású motorok is léteznek, amelyek váltakozó áramú motorok elvén üzemelnek, és felépítésük is hasonló; ezekhez invertert kell használni. Az iparban alkalmazott motoroknak nagyszámú típusa és kialakítása létezik.

Az egyenáramú (DC) motorok előnye, hogy a traktor nagy teljesítményű villamos energiát tároló akkumulátoráról egyszerűen üzemeltethető, nem szükségszerű teljesítményelektronika alkalmazása. További előny például a főáramkörű (soros gerjesztésű) motor esetében, hogy álló helyzetben rendelkezik a legnagyobb nyomatékkal, amely a terhelés mérséklésével csökken, és ekkor a fordulatszáma emelkedik, hajtóegységként traktorban alkalmazva így nem kell sebességváltót használni. A hagyományos DC motorok nagy hátránya a kommutátor és a szénkefék jelenléte, a kommutációs folyamat során jelentkező szikrázása miatt ugyanis a keféket cserélni, a kommutátort pedig tisztítani (felújítani) kell. A hagyományos AC motorok aszinkron típusa a legegyszerűbb, legolcsóbb és karbantartást nem igénylő villanymotor. A legfőbb hátránya ennek a motornak az alacsony indítónyomatéka, indításkor erősen melegszik, körülményes a fordulatszabályozása, amelyhez invertert kell alkalmazni. Az AC motorok típusválasztéka és kialakítása sokszínű, alkalmazásuk egyre népszerűbb.

DANA villanymotorok

Az amerikai Dana vállalatcsoport hajtásrendszereit világszerte számos járműben és mezőgazdasági gépben használják. A mechanikus, hidraulikus kivitelek mellett széles körű villanymotor- és hajtásmegoldásokat is gyártanak.

A 2. képen látható TM4 SUMO HD HV3500 jelzésű, folyadékhűtésű, max. 750 VAC táplálású hajtáslánc sebességváltó nélkül használható nehéz gépekhez 370 kW csúcs- és 260 kW tartós teljesítménnyel. A TM4 CO300-HV jelzésű 9 fázisú, invertervezérlésű AC motor fordulatszáma 0–3400 1/min, maximális nyomatéka 1970 Nm tartós és 3445 Nm csúcsértékű, tömege 340 kg (+ inverter36 kg), mérete h × sz × m: 572 × 505 × 505 mm (inverter 801 × 414 × 125 mm). A 3. képen látható Spicer ESH801 E-Hub jelzésű villamos kerékhajtó egység magában integrálja a TM4 villanymotort és a bolygóműves lassító áttételt. A hajtóegység adatai: maximális fordulatszáma 64–117 1/min, csúcsnyomaték 19–36 kNm, átvihető teljesítmény 193 kW csúcs- és 139 kW tartós, DC táplálás 350-től 750 VDC, maximális áramerősség 350 A.

John Deere villanymotorok

A mezőgazdasági gépekhez a John Deere készít új villamoshajtáslánc-alkatrészeket. A 4. képen egy EMD-100-1 jelzésű villanymotoros, egyfokozatú áttétellel rendelkező hajtóműegység látható, amelynek maximális kimenő nyomatéka 4000 Nm (0–220 1/min fordulaton), maximális fordulatszáma 500 1/min, tömege 110 kg, mérete 533 × 302 × 302 mm.

A villanymotor belső állandó mágneses (IPM), 700 VDC táplálású, 100 kW teljesítményű, 0–2400 1/min fordulatszámú, amelyet John Deere PD400 folyadékhűtésű inverter vezérel (4. b kép).

A 4. c képen hibrid üzemű géphez készült GDP-200-2 jelzésű generátorral rendelkező és két hidraulikaszivattyú hajtására szolgáló egység látható. Az egység 1500–3000 1/min fordulatszámon maximum 1695 Nm fogadására képes, 522 kW teljesítmény mellett. A 700 VDC feszültségű hálózatot PD400 inverter vezérli, a belső állandó mágneses (IPM) generátor 200 kW teljesítményt szolgáltathat. A szivattyúk hajtása egyenként 881 Nm nyomaték- és maximum 3000 1/minfordulatszám-értékű lehet. A komplett szerelvény tömege 306 kg, mérete 657 × 680 × 658 mm.

ZF eTRAC CD70 hajtóegység

A német ZF vállalat fokozatosan piacra viszi az elektromos tengely és központi hajtások új generációs moduláris rendszerét. Tavaly mutatták be a ZF eTRAC CD70 elektromos moduláris központi hajtóegységét, amely kerekes kotrógépekhez, rakodóhoz, traktorokhoz és más gépekhez alkalmazható (5. kép).

A moduláris egység 2 sebességes powershift sebességváltóból, rögzítőfékből, villanymotorból és invertervezérlőből áll. Műszaki adatai: csúcsnyomaték 850 Nm, tartós teljesítmény 80 kW, tömeg 255 kg, tápfeszültség 650 VDC.

MAHLE SCT E motor

A német Mahle vállalat tavaly mutatta be az új MAHLE SCT E motort (6. kép). A villanymotor elnevezésében az SCT „Superior Continuous Torque”, magyarul szó szerint „kiváló folyamatos nyomaték”-ot jelent, értelemszerűen ez a motor korlátlan ideig képes nagy teljesítményen (a csúcsteljesítmény 90%-án) működni. Az igen tömör, kompakt építésű MAHLE SCT E motor bizonyos fordulatszám-tartományon belül különösen jó, 95%-os hatásfokkal rendelkezik. A vállalat szerint ez a villanymotortípus teljes körű szolgáltatóvá válik az elektromos hajtások területén az e-robogóktól a nagy teherbírású haszongépjárművekig, valamint építőipari gépeknél és traktoroknál stb. A MAHLE SCT E állandó mágnesekkel rendelkező forgórészű váltakozó áramú motor. Jelenleg a legerősebb neodímium ritkaföldfémmel készült állandó mágnesekkel gyártják, de a drága ritkaföldfémek nélküli mágnessel is tervezhető a motor. A MAHLE SCT E egyik újdonsága egy innovatív integrált olajhűtő rendszer alkalmazása a villanymotor belső hűtésének megoldására. Az olaj hűtőközeg motorba vezetése a forgórész tengelyének közepén kezdődik, és az állórészen végighaladva távozik. Ezzel a hűtési eljárással a váltakozó áramú villanymotor igen nagy tartós teljesítményt képes szolgáltatni.

Dr. Varga Vilmos
ny. okl. gépész- és villamosmérnök