Introduzione:I motori a campo assiale hanno un traferro planare e un campo magnetico assiale, quindi sono anche chiamati motori a disco o motori circolari. I motori a campo assiale sono compatti, di piccole dimensioni, leggeri e hanno un'elevata densità di coppia. Il primo motore elettrico al mondo è stato il generatore di dischi di Faraday.
Caratteristiche del motore a disco
1) Forma piatta e dimensione assiale ridotta, che li rendono particolarmente adatti per applicazioni con severi vincoli di spazio.
2) Il traferro è planare e il campo magnetico del traferro è assiale, da qui il nome motore a campo assiale.
3) Il principio di funzionamento dei motori a disco è lo stesso di quello dei motori a colonna.
1. Struttura del motore a disco
I motori a disco sono disponibili in varie configurazioni, tra cui disco singolo-, doppio-disco e disco-composito.
Nelle strutture dei motori tradizionali, lo statore si trova alla periferia e il rotore ruota al centro (vedere la figura in basso a destra). Lo spazio tra lo statore e il rotore è una superficie cilindrica (vedere la figura in basso a sinistra). La superficie cilindrica semi-trasparente nella figura è la superficie del traferro. Le linee di forza magnetiche sono perpendicolari alla superficie del traferro e parallele alla direzione del diametro in quel punto, chiamato flusso del traferro radiale.
Nella maggior parte dei motori a disco-, sia lo statore che il rotore hanno la forma di un disco-e il traferro tra loro è un piano perpendicolare all'albero del motore. La figura in basso a sinistra mostra questo piano del traferro, rappresentato in modo semi-trasparente. Le linee di forza magnetiche sono perpendicolari al piano del traferro e parallele alla direzione dell'albero, chiamate flusso assiale del traferro. 1. Struttura a disco singolo
La struttura a disco singolo è semplice, ma per risolvere il problema dello squilibrio della forza assiale, la densità di coppia non è molto elevata e viene utilizzata principalmente nei generatori.
2. Rotore intermedio
La struttura del rotore intermedio-doppio statore (S-R-S) è un disco rotore con magneti installati al centro, con nuclei di avvolgimento dello statore su entrambe le estremità. La densità di coppia aumenta e l'attrazione magnetica dei nuclei su entrambi i lati può annullarsi a vicenda, risolvendo il problema della forza assiale sbilanciata. Un altro vantaggio della struttura del rotore intermedio è l'elevata efficienza di dissipazione del calore degli avvolgimenti e dei nuclei.
La struttura del rotore intermedio è diventata la configurazione principale, principalmente perché l'assemblaggio dello statore e del rotore è più facile da ottenere con un posizionamento ad alta-precisione. In un esempio mostrato, lo statore è collegato direttamente al telaio mediante saldatura. Corrispondente alla struttura del rotore intermedio è la struttura dello statore intermedio, chiamata anche struttura dello statore interno. In questa struttura, i due dischi del rotore sono all'esterno e lo statore è all'interno.
3. Statore intermedio
Statore intermedio-Struttura a doppio rotore (R-S-R): la struttura dello statore intermedio ha anche un doppio traferro e può raggiungere l'equilibrio della forza assiale. Tuttavia, questo equilibrio si riflette sull’albero del rotore; ogni singolo disco del rotore è ancora soggetto a una forza unilaterale. Pertanto, la deformazione della deflessione assiale del disco del rotore deve essere calcolata attentamente per evitare grandi irregolarità nello spessore del traferro.
Un vantaggio unico della struttura dello statore intermedio è la sua idoneità per strutture senza nucleo o con nucleo sottile-. Uno svantaggio è però la difficoltà nel posizionamento e nell'assemblaggio dello statore. La struttura intermedia dello statore ha caratteristiche di dissipazione del calore inferiori rispetto alla struttura intermedia del rotore perché gli avvolgimenti sono la principale fonte di calore. Poiché gli avvolgimenti non sono direttamente a contatto con le coperture terminali, l'efficienza di dissipazione del calore è molto bassa e il calore si accumula facilmente nei dischi. Pertanto è necessario progettare un ulteriore percorso interno dell'aria di raffreddamento.
4. Struttura composita multi-disco
Una struttura composita multi-disco è essenzialmente una sovrapposizione assiale di una struttura statorica intermedia e una struttura rotorica intermedia. Questa struttura può fornire un'elevata densità di coppia, ma il suo assemblaggio e la sua progettazione sono molto complessi e generalmente non sono comunemente utilizzati.
