Et gear uden olie eller mekanisk slid. Det lyder forjættende, men på ingen måde urealistisk med det magnetiske gear. Selv om princippet har været kendt – men i mindre grad anvendt – i årtier, så er det først med fremkomsten af de meget kraftige NdFeB-magneter (Neodymium-jern-Bor), at magnetiske gear for alvor er blevet interessante.

På Aalborg Universitet har et ph.d.-projekt netop konkluderet, at der er gode udviklingsmuligheder for magnetiske gear, men at der fortsat forestår en del udviklingsarbejde. Projektet er udført på Institut for Energiteknik af Frank T. Jørgensen med Peter Omand Rasmussen som vejleder og i samarbejde med Danfoss Drives og Sauer Danfoss.

En af fordelene ved et magnetisk gear er – foruden fraværet af mekanisk slid i selve kraftoverførslen – udsigten til højere virkningsgrad end ved et mekanisk gear. Omvendt så ligge moment/volume-forholdet for magnetiske gear kun på cirka det halve af et kompakt mekanisk gear.

En anden fordel er, at magnetiske gear har indbygget en slags overløbssikring. Hvis momentet bliver for højt, så vil de magnetiske poler simpelt hen springe en "tand" over, uden at det gør skade på gearet.

Forskerne forventer, at magnetiske gear vil kunne erstatte de problematiske mekaniske gear i for eksempel vindmøller. Også inden for hybrid- og elbiler kan man forstille sig magnetiske gear anvendt i kombination med el- og forbrændingsmotorer:

»Det her er en teknologi, som slet ikke er nået til lærebøgerne endnu. Derfor ved vi endnu ikke, hvor princippet vil finde bedst anvendelse,« siger Peter Omand Rasmussen, der i forbindelse med projektet har indledt samarbejde med universiteter både i England og USA.

Ph.d.-projektet blev indledt med et magnetisk gear opbygget som et traditionelt tandhjulsgear. Målet var at lære noget om selve principperne for magnetiske gear og samtidig opbygge et beregningsværktøj. Men et magnetisk gear opbygget som to hjul med forskellige antal 'tænder' kan ikke overføre et moment, som er interessant.

Oprindelig var det tanken, at ph.d.-projektet skulle kigge nærmere på en magnetisk udgave af det meget anvendte planetgearsprincip. Men hvis beregningerne fra tandhjulsgearet blev overført til to gearringe med en indre og en ydre magnetisk "fortandning", så ville man kunne opnå en meget høj momentoverførsel, men en meget lille udveksling; cirka 1,05.

Derfor valgte forskerne at kigge nærmere på cyclo-princippet. Her roterer den indre magnetring ikke bare, den orbiterer også ved hjælp af en excentrisk placeret inputaksel. Her er udvekslingsforholdet helt op til 1:20.

»Vi arbejder videre med principperne, men det har vist sig, at det store udvekslingforhold ikke er egnet, når det for eksempel gælder hybrid-biler eller el-biler,« siger Peter Omand Rasmussen.

Derfor er forskerne igen gået tilbage til et layout som et traditionelt planetgear.

Projektet har gjort, at Aalborg Universitet er rigtig godt med, når det gælder international forskning inden for magnetiske gear. Blandt andet er en offspring-virksomhed fra universitetet i Sheffield i England gået i gang med at udvikle en gear-motor-løsning til busser for Volvo:

»I dag kan vi bygge et magnetisk gear med en integreret permanent magnet-motor med et moment/volume-forhold på cirka 120 Nm/liter. Det er cirka dobbelt så meget som andre kombinerede motor- og magnetgearsløsninger, vi ser i dag. Men der er stadig et stykke op til rene mekaniske gear, som ligger på cirka 200 Nm/liter,« siger Peter Omand Rasmussen.

Han kender også til en kinesisk producent, som arbejder med en kombination af magnetisk gear og en elmotor:

»De bedste direkte drevne elmotorer i de størrelser, som vi arbejder med, vil maksimalt have en moment-tæthed på ca. 40 Nm/liter, medmindre der anvendes en væskekøling. Med vores løsning med at integrere en PM-motor med et magnetisk gear får vi tre gange så meget moment. Sammenlignet med den direkte drevne elmotor bruger vi noget mere magnetisk materiale og et ekstra sæt lejer – men så sparer vi også på kobber og jern.

Hård kamp venter
Men hvornår er vindmølleproducenterne klar til at tage den nye teknologi i brug?

»Jeg tror, det sker meget snart,« siger Peter Omand Rasmussen, der ikke vil afsløre, om der allerede har været følere ude fra vindmølleproducenterne.

»Det er en hård kamp, for vil skal overbevise nogle ret konservative folk om, at den her teknologi virkelig kan noget,« siger han.

Peter Omand Rasmussen håber, at gennembruddet kan starte hos de producenter, som allerede i dag arbejder med magnetiske koblinger.

Et af problemerne for de magnetiske gear er selvfølgelig også prisen. For selv om prisen på de permanente magneter er faldet med en faktor fire inden for de sidste ti år, så er de stadig ret kostbare.

»Men priserne fortsætter med at falde, så jeg er overbevist om at de nok skal komme ned i et leje, hvor vi kan konkurrere,« siger Peter Omand Rasmussen.