Et kjent problem med turtallsregulerte elektromotorer er hakkete gange når akselen roterer sakte. Det finnes i dag nesten ingen motorer på markedet som kan reguleres jevnt og fint med full belastning helt fra akselen står absolutt stille. Men på Andøya Industripark i Kristiansand snurrer to norskutviklede prototyper som har denne sensasjonelle egenskapen.
Den banebrytende Electret-motoren E2000 kan komme i kommersiell produksjon om ett og et halvt år. Konstruksjonen har også den fordelen at maskinene blir ned mot en tredjedel mindre og lettere enn standardmotorer –aksialmagnetiserte elektromotorer med permanentmagneter oppnår størst effekt per volum- og vektenhet, ifølge professor Robert Nilssen ved Norges tekniske naturvitenskapelige universitet (NTNU).
Merkelig enkelt
Ti millioner kroner har det til nå kostet å utvikle herligheten. Det var i 1995 at maskiningeniør Karl A. Thomassen fikk ideen til motoren.
– Da jeg startet utviklingen av E2000 og ble bevisst at prinsippet kunne fungere, syntes jeg det var merkelig at ingen hadde kommet på det før. Det er jo så enkelt, sier Thomassen. Han fikk verifisert at teknologien og prinsippet ville fungere av Amanuensis Jon Lode ved NTNU.
Da oppfinneren trengte investorer som mest i 1996, kom han i kontakt med Terje Mikalsen fra Venturos. Med bakgrunn som sivilingeniør innen reguleringsteknikk og teknisk kybernetikk, forsto Mikalsen straks motorprinsippet og tente på ideen. Venturos gikk inn på eiersiden i Thomassens selskap Electret AS. Dermed var nødvendig kapital for forskning og utvikling sikret.
I tillegg har Statens nærings- og distriktsutviklingsfond (SND) gitt lån og tilskudd. Oppfinner Thomassen har også selv skutt inn en god del penger i prosjektet. Jon Lode og Robert Nilssen ved NTNU samt Sintef har bidratt med teknisk kompetanse og konstruksjonshjelp.
Vanskeligheter
– Underveis støtte vi på store teknologiske problemer som måtte løses. Det var ingen enkel øvelse. Men med uvurderlig støtte fra investorene i form av tid, kapital og menneskelige ressurser fikk vi det til, forteller Thomassen.
Da oppfinneren hadde fullført sin gjerning som gründer av Electret og utvikler av E2000, ønsket han nye og markedsorienterte ressurser inn i firmaledelsen. Sivilingeniør Kristian Bugge Nikolaisen hadde vært engasjert som teknisk sjef under utviklingen, og var den naturlige overtaker som ny administrerende direktør .
Selskapet består nå av seks ingeniører og sivilingeniører som driver med utvikling av motoren. I tillegg har bedriften leid inn konsulenter fra ABB og NTNU.
Testing pågår
I slutten av 1999 ble konseptet verifisert ved at den første prototypen på 110 kilowatt ble testet av ABB. Etter en del forbedringer snurret prototyp nummer to i gang den 20. mars i år, samtidig med at Teknisk Ukeblad besøkte testlokalet. Den nye motoren er på 5,5 kilowatt.
– Hvis utprøvingen av motoren i testbenk gir tilfredstillende resultater, vil vi teste den videre i et industrianlegg. Den neste prototypen vi planlegger å bygge blir på 500 watt. Vi legger vekt på å lage den så enkel og rimelig som mulig, sier Nikolaisen.
Tre motortyper
Det finnes i hovedsak tre forskjellige grunnkonstruksjoner for elektromotorer. Asynkrone motorer som har midtstilt rotor med kortslutningsvikling er mest vanlig. Slike motorer magnetiseres med vekselstrøm. En annen type er synkrone motorer, som må tilføres likestrøm for å magnetiseres. En tredje type, som det kommer stadig flere av på markedet, er synkronmotorer med permanentmagneter.
Mens standardmotorer er radialmagnetisert, har Electret-motoren E2000™ aksialmagnetiserte permanentmagneter. Konstruksjonen består av et fast anker som er definert som stator, et roterende polhjul og et roterende anker som er definert som rotor. Rotoren er en integrert og fastmontert del av akselen. Statoren sitter fast i motorhuset og fundamentet.
Polhjulet har integrerte permanentmagneter og spinner fritt mellom statoren og rotoren. Hjulet fungerer som rotor for begge ankerene samtidig.
Når statoren tilføres spenning roterer polhjulet. Samtidig tilføres rotoren en spenning som får den til å rotere i motsatt retning av polhjulet. Ved samme hastighet på polhjul og rotor står akselen stille og kan momentbelastes med full egenkjøling.
Reguleringsvennlig
Motoren er særlig egnet for bruksområder hvor det er behov for høye momenter og hurtig og nøyaktig regulering ved lave turtall, og i hastigheter ned mot null. Typiske bruksområder er boreutstyr, heisespill, kraner, roboter og utstyr for servodrift.
– Vi har nok ikke fått opp øynene for alle bruksområdene ennå. Målet er å bli en stor produsent av turtallsregulerte elektromotorer. Markedet for slike motorer er stigende. De kan i mange tilfeller erstatte dyrere og mer kompliserte hydrauliske systemer som har lav virkningsgrad, hevder direktør Nikolaisen.
Optimalisering
– Det er veldig vanskelig å optimalisere de magnetiske, termiske og mekaniske egenskapene i en elektromotor. De avhenger av hverandre. Vi prøver blant annet å få flukstettheten så høy som mulig. Målet er å oppnå en virkningsgrad som er blant de høyeste i klassen, sier Nikolaisen.
Venturos investerer nå ytterligere 15 millioner kroner for å føre utviklingen videre. Når den tekniske optimaliseringen er ferdig, blir kommersialisering neste trinn. Serieproduksjonen vil foregå i det landet det er mest lønnsomt, avhengig av marked og volum. – Dersom det lar seg gjøre vil vi helst produsere i Norge, hevder Nikolaisen.
