En ny typ av generator kan ge billigare vindkraftverk samt underlätta utvecklingen av eldrivna fordon. Generatorn eller elmaskinen som uppfinnaren Gustaf Bergmark vill kalla sin uppfinning bygger på en helt ny princip.

 –Vad det handlar om är en elmaskin som kan användas som generator det vill säga omvandlar rörelseenergi till el eller det omvända, säger Gustaf Bergmark.
En grundläggande idé bakom elmaskinen är att på en liten volym få ut ett högt moment.
– Beräkningar visar att man kan uppnå väsentligt högre momenttäthet jämfört med traditionella elmaskiner. Detta gör att elmaskinen är lämplig att användas i både vindkraftverk och i elbilar. Elmaskinen kan göras liten eftersom den har hög momenttäthet och den passar även utmärkt för låga varvtal. En tillämpning som kräver låga varvtal är vindkraftverk.
Elmaskinen möjliggör vindkraftverk utan växellåda, vilket spar kostnader, vikt och ökar verkningsgraden. Det har det tyska företaget Enercon visat som har haft en stor framgång med ett drivsystem som saknar växellåda.

– Jag såg behovet av bra generatorer i samband med att jag arbetade med mindre vindkraftverk. Det vanliga var att bilgeneratorer användes som vare sig var särskilt effektiva eller driftsäkra.
– Därför fick jag en impuls att ifrågasätta dagens generatorer och se om man inte kunde konstruera dessa på ett bättre sätt.
Resultatet blev elmaskinen vilken tekniskt klassas som en axialflödesmaskin. Axial därför att det magnetiska flödet och strömmen så att säga “har bytt plats“ jämfört med traditionell teknik. Maskinen får på detta sätt en diskusliknande form. Axialflödesmaskiner är i sig ingen nyhet. Sådana har funnits länge. Dessa karaktäriseras av att de har hög momenttäthet, vilket gör att de kan göras betydligt mindre och lättare än konventionella generatorer. Till nackdelarna hör dock höga startmoment, vib-rationer och stora läckflöden.
– Dessa nackdelar är minimerade med min lösning.
Att så är fallet förklarar Gustaf Bergmark på följande sätt.

– Startmomentet halveras beroende på att endast hälften av magneterna bromsar rotorn i varje ögonblick. Detta på grund av att magnetiseringsriktningen växlar mellan statorns sektioner och att rotorns poler släpper fram det magnetiska flödet i den ena riktningen samtidigt som rotorns poler spärrar det magnetiska flödet i den and-ra riktningen.
– Att startmomentet kan begränsas medför i sin tur att vibrationerna blir mindre.

Att de magnetiska förlusterna blir låga beror på att flödet passerar kortast möjliga väg och att magneterna monteras gruppvis med närliggande magneter vända åt samma håll. Förlusterna begränsas också genom att lindningarna är ringformigt lindade vilket ger en stor area och en liten diameter. Enligt elektromagnetismens lagar minimeras förlusterna på detta sätt.
Att momenttätheten är hög förklaras av att krafterna som påverkar rotorn verkar nära maskinens periferi, vilket ger en lång momentarm. Att så är fallet beror bland annat på magneternas placering nästan längst ut på skivan (se bild).
Elmaskinen är patenterad och idag finns två prototyper. Dessa har utvärderats vid Lunds Tekniska Högskola.
– Utvärderingen av den andra prototypen visade att spänningen blev 28 procent högre än vad den teoretiska modellen visade, beroende på att det magnetiska läckflödet blev mindre än beräknat. Det medför att kopparlindningarna kan tillverkas med färre varv och grövre area. Sammantaget ökar momenttätheten med 28 procent jämfört med den teoretiska modellen.
– Lunds Teknisk Högskola har varit väldigt hjälpsamma.
Det har gällt såväl provning av elmaskinen i momentbänk som med en teoretisk beräkningsmodell som professorn i elektriska drivsystem Mats Alaküla har gjort. En helt ny modell har behövts eftersom elmaskinen bygger på en helt ny princip.

– En stor fördel med elmaskinen är att den kommer att vara enkel att tillverka. Förmodligen går det att helautomatisera sammansättningen med hjälp av industrirobotar. Att den ska vara enkel att tillverka har jag haft med i bilden hela tiden.
– Jämfört med konventionella generatorer kräver elmaskinen en mindre mängd järn och koppar. Dessutom är stator– och rotorplåtar inte runda vilket gör att det inte blir så stort spill. Ett tänkbart val är också att det laminerade elektrostålet kan ersättas med pulvermetall vilket minimerar spillet ytterligare.
Som nämnts tidigare är elmaskinen konstruerad som en diskus. Genom att trava diskussektioner på varandra kan man få önskad storlek och moment på sin generator.
Likaså är antalet poler valbart beroende på tillämpning. Vid tillämpningar som har låga varvtal, exempelvis vindkraftverk, används en mångpolig elmaskin.
– Elmaskinen kan både användas i små vindkraftverk och i riktigt stora som de som tillverkas och utvecklas idag på över 1 MW.
Nu stannar inte bara tilllämpningarna vid vindkraftverk och elfordon. Elmaskinen borde passa även i industrirobotar. När det gäller industrirobotar vill man ha små, lätta och lågvarviga motorer med höga vridmoment vilket elmaskinen är som klippt och skuren för.
– Det skulle vara roligt om någon vindkrafttillverkare skulle börja använda elmaskinen som en generator.