Понятие асинхронного электрического двигателя

Как видно на фото асинхронного двигателя, подобный агрегат представляет собой электромашину, назначение которой заключается в преобразовании электроэнергии в энергию механического типа. Другими словами, подобное оборудование, потребляя электроток, даёт крутящий момент. Именно он позволяет вращать многие агрегаты.

Название «асинхронный» значит «неодновременный». Если изучить описание асинхронных двигателей, то можно заметить, что в таких устройствах ротор вращается с меньшей частотой, чем электромагнитное поле статора.

Данное отставание или, как его ещё называют, скольжение можно высчитать, используя следующую формулу:

S = (n1— n2)/ n1 — 100%, где

n1 – частота электромагнитного поля статора;

n2 – частота вращения вала.

Конструкционное решение электродвигателя асинхронного типа

Статор, ротор, подшипниковые щиты и подшипники, вентилятор, клеммный короб – все это элементы конструкции асинхронного двигателя.

Статор – это стационарная деталь конструкции, на которой располагается обмотка. Именно она создаёт электромагнитное поле.

Ротором называется подвижная комплектующая прибора. Именно в нём создаётся электромагнитный момент, способствующий движению как самого ротора, так и исполнительного механизма.

Сердечники двух вышеописанных элементов изготавливаются из электротехнической стали толщиной 1/2 мм. Обязательно присутствует изоляция: у статора её роль отводится лаковой плёнке, а у ротора – окалине. Роторную обмотку чаще всего делают из алюминия.

Сегодня производятся два типа асинхронных электромашин – одно- и трёхфазные. Чтьо касается последних, то они делятся на:

Машины, оснащённые короткозамкнутым ротором

Короткозамкнутый вариант ротора – это вал с насаженными на него наборными листами из стали, которые образуют сердечник. Его пазы заполняют сплавом алюминия. Он, застывая, формирует стержни. С краёв всё соединяют кольца из того же материала.

Устройства с фазным ротором

Фазный ротор состоит из вала с сердечником, оборудованным 3-мя обмотками. Часть концов, соединяясь, образуют звезду, а остальные крепятся к токосъёмным кольцам, которые подают электроток.

Наиболее широкая область использования у трёхфазных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы

Принцип работы асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором заключается в следующем: при подаче на статорные обмотки тока возникает магнитный поток, который, вращаясь, способствует возникновению тока и магнитного поля в роторе. Роторное и статорное поле, взаимодействуя друг с другом, приводят ротор двигателя в движение.

У оборудования с фазным ротором принцип действия схожий. Поэтому не будем повторно описывать весь процесс работы устройства.

Положительные и отрицательные стороны электрических двигателей асинхронного типа

К преимуществам асинхронных машин с короткозамкнутым ротором относятся:

• Простота конструкционного исполнения и, как следствие, быстрота изготовления.
• Низкая стоимость.
• Несложная схема включения.
• Относительное постоянство скорости вращения вала при увеличении напряжения сети.
• Устойчивость к кратковременным перегрузкам.
• Возможность подключить к однофазной сети трёхфазный аппарат.
• Высокая степень надёжности.
• Универсальность.
• Значительный КПД.

Минусы:

• Отсутствие возможности контроля скорости вращения ротора без мощностных потерь.
• Уменьшение момента при увеличении нагрузки.
• Недостаточно высокое значение пускового момента.
• Если недогрузить устройство, то параметр cosφ резко увеличивается.
• Достаточно высокие значения пускового тока

Теперь разберём достоинства агрегатов с ротором фазного типа:

• Более высокий показатель вращающегося момента.
• Возможность функционировать в условиях малой перегрузки.
• Постоянство частоты, с которой вращается вал.
• Малое значение пускового тока.
• Возможность использовать АПУ.

Есть и недостатки:

• Крупногабаритность.
• Более низкий уровень КПД и cosφ.
• Необходимость обслуживать щёточный механизм.

Как выбрать асинхронный двигатель? На что следует обращать внимание? Ответы на эти и многие другие вопросы вам лучше уточнить у опытных мастеров. Они с удовольствием окажут вам посильную помощь в выборе подходящей модели.

Фото асинхронного электродвигателя

Устройство электродвигателей | Устройство и монтаж электрических сетей

Страница 42 из 66

ГЛАВА VIII
МОНТАЖ СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
§ 29. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Рис. 129. Статор асинхронного электродвигателя
Электродвигателем называется машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую. С помощью электродвигателей приводятся в движение станки и различные механизмы. Наиболее широкое применение в различных отраслях промышленности, строительства и сельского хозяйства получили асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока.
Асинхронный электродвигатель трехфазного переменного тока состоит из неподвижной части, называемой статором, вращающейся части, называемой ротором, и двух подшипниковых щитов с подшипниками, в которых вращается вал ротора.
Статор (рис. 129) состоит из станины 1 и сердечника 2 с обмоткой 3. Станина отливается из чугуна или стали, а сердечник набирается из тонких листов электротехнической стали.
Листы сердечника имеют выштампованные фигурные вырезы, которые в собранном пакете сердечника образуют пазы. В эти пазы укладывается статорная обмотка.
Обмотки наматываются с определенным числом пар полюсов, определяемых скоростью вращения ротора. Наиболее распространены асинхронные двигатели с числом пар полюсов 2, 4, 6 и 8 с синхронной, скоростью вращения ротора соответственно 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин. Скорость вращения асинхронного электродвигателя на 3—6% ниже синхронной вследствие того, что ротор несколько отстает от вращающегося магнитного поля статора.
Ротор асинхронного электродвигателя состоит из стального вала и закрепленного на валу сердечника с обмотками.
Роторы бывают короткозамкнутые и с контактными кольцами. Ротор с контактными кольцами имеет фазную обмотку, подобную
обмотке статора, а короткозамкнутые роторы выполняются с обмоткой в виде «беличьего колеса» (рис. 130, а). В двигателях старых конструкций короткозамкнутый ротор представляет собой два медных кольца, расположенные на торцах сердечника и соединенные друг с другом медными стержнями. 

Рис. 130. Конструкции роторов асинхронных электродвигателей:
а — с короткозамкнутой обмоткой «беличье колесо», б — с короткозамкнутой алюминиевой литой обмоткой, в —  с фазной обмоткой изолированным проводом и контактными кольцами; 1 — стержни «беличьего колеса», 2 — короткозамыкающие кольца, 3 —  лопасти вентилятора, 4 —  обмотка, 5 — контактные кольца
В современных электродвигателях мощностью до 100 квт короткозамкнутый ротор (рис. 130, б) выполняется путем заливки пазов сердечника расплавленным алюминием. При заливке ротора алюминием одновременно отливаются на обоих торцах ротора и замыкающие кольца с лопастями. Лопасти служат для обеспечения циркуляции воздуха в работающем электродвигателе и лучшего охлаждения таким образом нагревающихся частей электродвигателя. Пуск электродвигателя с короткозамкнутым ротором производится прямым включением статора на полное напряжение сети без каких-либо пускорегулирующих устройств, вследствие чего это сопровождается возникновением пусковых токов, превосходящих в 5—7 раз номинальные токи.
Ротор с контактными кольцами (рис. 130, в) отличается от короткозамкнутого наличием в пазах сердечника фазной обмотки 4 из изолированных проводников и трех контактных колец 5 из стали или бронзы. Контактные кольца изолированы друг от друга и от стального вала ротора. Такая конструкция ротора позволяет включать последовательно с его обмоткой пусковой реостат (рис. 131) и таким образом обеспечивает плавный без больших пусковых токов запуск электродвигателя в работу. 

Рис. 131. Схема включения в сеть и соединения обмоток асинхронного двигателя с фазным ротором:
а — схема присоединения двигателя к сети, б — схема соединения обмоток, в — соединение концов обмоток на доске зажимов
При подключении электродвигателя напряжением 380/220 в к сети напряжением 220 в обмотки статора соединяют по схеме «треугольник», замыкая перемычками концы С6—С1, С4—С2 и С5—С3, а при подключении к сети напряжение 380 в обмотки соединяют по схеме «звезда», замыкая перемычками концы С6, С4 и С5. Электродвигатели с фазными роторами применяют при необходимости плавного запуска оборудования.
Подшипниковые щиты служат для укрепления в них подшипников, в которых вращается вал ротора, а также для защиты от механических повреждений обмоток ротора и других частей, находящихся внутри статора электродвигателя.
Электродвигатели мощностью до 100 квт с короткозамкнутыми и с фазными роторами выпускают с роликовыми и шариковыми подшипниками.
Один из подшипников двигателя обычно бывает роликовый, а другой — шариковый. Роликовый подшипник устанавливается в том из подшипниковых щитов, через который выведен свободный конец вала, так как на этот конец насаживается шкив или полумуфта и поэтому на подшипник воздействуют большие нагрузки.
Подшипники, устанавливаемые в подшипниковых щитах, конструктивно выполняются закрытыми с двумя крышками (рис. 132, а), открытыми без крышек (рис. 312, б) или с одной внутренней крышкой. Асинхронные электродвигатели изготовляются промышленностью в открытом, защищенном и закрытом исполнениях и во взрывозащищенном исполнении.
Защищенными называют такие, электродвигатели, у которых токоведущие и вращающиеся части защищены от случайного прикосновения и попадания в них посторонних предметов. Имеются электродвигатели, защищенные от попадания в них вертикально падающих капель (каплезащищенные) или от попадания брызг, падающих под углом до 45° (брызгозащищенные).
Для работы в помещениях с проводящей пылью применяют пыленепроницаемые, а во взрывоопасных помещениях — взрывозащищенные электродвигатели. В помещениях с нормальной средой и там, где отсутствует необходимость специальной защиты токоведущих и вращающихся частей электродвигателя от случайного прикосновения к ним, применяют электродвигатели открытого исполнения. Кроме того, существуют электродвигатели специального исполнения по способу крепления, например фланцевые или входящие в конструкцию оборудования, называемые встроенными, и т. д.      
Асинхронные электродвигатели изготовляются промышленностью сериями, т. е. в виде ряда машин одинакового устройства. Трехфазные асинхронные двигатели мощностью 0,6—100 квт общепромышленного применения составляют единую серию. Двигатели с чугунным корпусом защищенного исполнения обозначаются буквой А, двигатели закрытого исполнения — АО, двигатели с алюминиевым корпусом — соответственно буквами АЛ и АОЛ. В обозначении асинхронных электродвигателей имеются и условные цифровые обозначения: так, например, диаметр (габарит) сердечника статора имеет условный номер от 3 до 9, а длина сердечника статора — от 1 до 3. В марке асинхронного двигателя цифры после букв указывают номера габарита сердечника, длину и число пар полюсов (например, маркой АОЛ-52-4 обозначен двигатель закрытого обдуваемого исполнения в алюминиевом корпусе пятого габарита, второй длины, четырехполюсный).
Разрез асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показан на рис. 133.

Рис. 132. Подшипниковые узлы электродвигателей с шариковыми подшипниками качения:
а — с двумя крышками, б — баз крышек; 1 — вал ротора, 2 — наружная коышка подшипника, 3 — наружное кольцо подшипника. 4 — подшипниковый щит, а — внутренняя крышка подшипника, б — внутреннее кольцо подшипника

Рис. 133. Разрез асинхронного двигателя трехфазного переменного тока с короткозамкнутым ротором:
1 — лапы для крепления двигателя к салазкам или фундаменту, 2 — коробка зажимов, 3 — подшипниковый щит, 4 — подшипник роликовый, 5 — вал, 6 — шпонка, 7 — крышка подшипника, 8 — окно для проверки щупом зазора между сталью статора и ротора, 9 — вентиляционная лопатка, 10 — обмотка статора, 11 — сердечник статора, 12 — подъемное кольцо, 13 — ребро станины, 14 — защитный кожух, 15 — вентилятор, 16 — стальная втулка для посадки вентилятора на вал, 17 —отверстия для засасывания воздуха вентилятором, 18 — подшипник шариковый

У электродвигателей с короткозамкнутым ротором все части двигателя закрыты и в подшипниковых щитах и станинах отсутствуют окна для забора и выброса охлаждающего воздуха. Имеющиеся на замыкающих кольцах ротора вентиляционные лопатки 9 служат для создания циркуляции нагретого воздуха внутри двигателя через его каналы в роторе и в станине и обеспечивают почти равномерный нагрев всех частей двигателя. Выделяемое тепло отводится к стенкам станины, имеющим продольные ребра 13. Наружные поверхности ребер обдуваются холодным воздухом, подаваемым вентилятором 15, отлитым из алюминия. Холодный воздух засасывается вентилятором через отверстия 17, имеющиеся в защитном кожухе 14, выполненном из листовой стали. В подшипниковом щите двигателя сделано окно 8 для проверки щупом зазора между сталью сердечника статора 11 и ротора. При резких изменениях температуры внутри закрытого двигателя может конденсироваться влага. Для стока влаги в нижней части корпуса имеется небольшое отверстие.

Рис. 134. Разрез асинхронного двигателя трехфазного переменного тока с фазным ротором:
1 — держатель обмотки, 2 — диск крепления балансировочных грузов, 3 — обмотка фазного ротора, 4 — станина, 5 — диффузор, 6 — отверстие в вале для вывода концов роторной обмотки к контактным кольцам, 7 — чашка, 8 — замок, 9 —колпак, 10 —  контактное кольцо, 11 — изолирующая втулка для посадки на вал контактных колец, 12 —  изоляционная шайба, 13 — коробка зажимов ротора
Асинхронный электродвигатель с фазным ротором показан на рис. 134. В пазы ротора уложена трехфазная обмотка 3, поддерживаемая обмоткодержателями 1, к которым прикреплены винтами стальные штампованные балансировочные диски 2 с укрепленными на них балансировочными грузами. Лобовые части обмотки 3 ротора и выступающие части его обмоткодержателей 1 во время работы двигателя захватывают и перемещают воздух, выполняя таким образом роль вентиляционных крыльев. Обмотка ротора имеет три выводных конца, которые пропущены через отверстие 6 вала и присоединены к контактным кольцам 10. Контактные кольца изолированы одно от другого изоляционными шайбами 12, а от вала — изолирующей втулкой 11. К кольцам прилегают щетки, укрепленные в щеткодержателях. Щеточный механизм размещен в чашке 7 и с помощью замка 8 закрыт колпаком 9. Диаметр подшипникового гнезда в щите больше внешнего диаметра контактных колец, что позволяет при необходимости снимать подшипниковый щит, не демонтируя контактных колец.
Стальная чашка 7 надета на крышку подшипника и закреплена болтами на подшипниковом щите. В чашке расположен стальной палец, на котором укреплены щеткодержатели, изолированные от стального пальца изоляционной втулки. Выводные концы, отходящие от щеткодержателей, закреплены у выхода из коробки двумя буковыми планками, проваренными в масле.

В Германии создали автомобильный электродвигатель без постоянных магнитов — дешевле, экономичнее и эффективнее

Немецкая компания Mahle разработала автомобильный электродвигатель без постоянных магнитов. Это позволит снизить зависимость от китайских поставок редкоземельных металлов и сделает электромоторы дешевле. Также отсутствие постоянных магнитов позволило повысить КПД электродвигателей на всех режимах работы. Для индустрии электромобилей новый двигатель обещает заметный прорыв в характеристиках машин и снижение стоимости обслуживания.

Источник изображения: Mahl

В подавляющем большинстве современных электродвигателей для электрического транспорта используются постоянные магниты преимущественно из редкоземельных металлов. Всё бы ничего, только руку на пульсе поставок этого сырья держит Китай и довольно жёстко регулирует этот рынок.

Руду с содержанием редкоземельных металлов добывают во многих частях мира, но производство по переработке в основном сосредоточено в Китае, где рабочая сила дешевле, а экологические нормы не такие строгие. Как результат, за последнее десятилетие цена на неодим выросла на 750 %, а стоимость диспрозия выросла на 2000 % и, очевидно, это не предел. Подобная ситуация заставляет разработчиков создавать электродвигатели без постоянных магнитов, заменяя их катушками индуктивности в составе ротора двигателя. Однако это тянет за собой массу проблем.

Источник изображения: Mahl

Для передачи электрического тока на катушки в роторе требуется создать надёжные и долговечные скользящие контактные передачи. Высокие токи и постоянная нагрузка делают такие узлы менее надёжными, что недопустимо для электротранспорта с высокой эксплуатационной нагрузкой. Инженеры компании Mahle смогли обойти эту проблему, предложив схему индукционной (беспроводной) передачи тока на катушки в роторе. Это практически как беспроводная зарядка смартфона.

Источник изображения: Mahl

По словам создателей, предложенная конструкция показала высочайшую эффективность, поскольку позволяет регулировать силу магнитного поля, генерируемую катушками в роторе, в соответствии с рабочей нагрузкой и режимом работы электродвигателя. Получился своего рода «умный» электродвигатель, КПД которого на высоких оборотах достигает 95 %. Также двигатель без скользящих контактов можно обслуживать гораздо реже, что экономит время и деньги на поддержание транспортной системы в порядке.

Источник изображения: Mahl

Как уверяют в Mahle, новые электродвигатели пригодны как для легковых автомобилей, так и для грузового и пассажирского транспорта. Образцы электродвигателей уже рассылаются заинтересованным автопроизводителям, а внедрение в массовое производство ожидается примерно через два с половиной года.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Актуальность разработки технического устройства обусловлена необходимостью решения задач, связанных с охлаждением высокооборотных вентильных и асинхронных погружных двигателей, в том числе при выводе добывающих скважин на рабочий режим. Особенно актуальна разработка эффективных систем охлаждения таких двигателей при использовании высокооборотных двигателей в малодебитных скважинах, поскольку мощность источников теплоты резко увеличивается по квадратичному закону в зависимости от числа оборотов. Основная цель: разработать конструкцию теплообменного устройства, позволяющего интенсифицировать теплообменные процессы в погружном электродвигателе для увеличения его межремонтного периода работы. Объектом исследования является модуль-теплообменник, применяемый в серийно выпускаемых электропогружных центробежных насосных установках с асинхронными погружными маслозаполненными двигателями и в высокоборотных погружных установках с вентильными электродвигателями. Модуль-теплообменник предназначен для снижения тепловой напряженности, повышения его эффективности при работе в условиях воздействия высоких температур. Методы. Для решения поставленной задачи был использован метод проектных исследований путем модернизации существующей конструкции модуля-теплообменника с низкой эффективностью теплообмена между пластовой жидкостью и нагретым маслом в электродвигателе с небольшими перепадами температур между ними. Результаты. Предложена усовершенствованная конструкция модуля-теплообменника, которая в условиях малых внутренних габаритов скважины и относительно невысоких температурных градиентов между нагретым маслом погружного электродвигателя и омывающей его пластовой жидкостью позволяет обеспечить максимальную степень интенсификации теплообменных процессов. Для эффективного охлаждения маслосистемы электродвигателя предложено использовать двухконтурную систему охлаждения. Для увеличения общей площади поверхности активного теплообмена выполнено оребрение внутреннего канала сквозного протока пластовой жидкости. Для обеспечения активной циркуляции нагретого масла предложено на поверхности внутренних стенок маслоканалов установить элементы закрутки потока, позволяющие выровнять температурные показатели пластовой жидкости и масла.

Home — Motor Design

Наша команда экспертов по проектированию электродвигателей разрабатывает Motor-CAD: лидирующий на рынке инструмент для быстрого мультифизического моделирования электрических машин во всем рабочем диапазоне крутящего момента и скорости.

О компании Motor Design Ltd

Специалисты в области проектирования электродвигателей

Мы — команда специалистов по дизайну двигателей, базирующаяся в Великобритании.Мы проводим передовые исследования и предоставляем программное обеспечение и поддержку компаниям по всему миру с 1999 года.

Разработчики Motor-CAD

Узнайте о нашем ведущем на рынке инструменте для проектирования электродвигателей Motor-CAD.

Передовые исследования

Узнайте о наших проектах НИОКР, финансируемых из разных стран, и о недавно опубликованных исследованиях.

Консультации и поддержка

Узнайте, как мы поддерживаем разработчиков двигателей на каждом этапе процесса проектирования.

Последнее обсуждение

Чего мы можем достичь с помощью интегрированного инструмента мультифизического проектирования?

В нашем последнем техническом документе мы исследуем, как можно использовать инструмент мультифизического моделирования для быстрого и простого изучения компромиссов при принятии проектных решений.

Просмотреть официальный документ Просмотреть все ресурсы

Что происходит

Предстоящие события

Начни разговор с нами:

Этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимальное удобство использования нашего веб-сайта.Узнать больше

Motor-CAD — Motor Design

Электромагнитный, термический и механический анализ во всем рабочем диапазоне крутящего момента и скорости.

Motor-CAD позволяет инженерам-проектировщикам оценивать топологии и концепции двигателей во всем рабочем диапазоне, чтобы создавать проекты, оптимизированные по производительности, эффективности и размеру.Четыре интегрированных модуля программного обеспечения Motor-CAD — EMag, Therm, Lab и Mech — позволяют выполнять мультифизические расчеты быстро и итеративно, так что пользователи могут перейти от концепции к окончательному проекту за меньшее время.

Детальный мультифизический анализ с самого начала процесса проектирования.

Motor-CAD к проектированию позволяют проводить полный мультифизический анализ с самого начала процесса проектирования. Наши интегрированные физические модули и обширный набор шаблонов машин позволяют пользователям экспериментировать с различными топологиями двигателей, исследовать все пространство проектирования и быстро выполнять итерации.

Всемирно известная поддержка программного обеспечения и постоянная разработка новых функций.

Наша команда состоит из инженеров-проектировщиков и опытных разработчиков программного обеспечения, которые постоянно разрабатывают новые функции, чтобы идти в ногу с технологическим прогрессом и удовлетворять потребности наших пользователей. Мы также принимаем активное участие во многих международных исследовательских проектах, что помогает нам предвидеть тенденции и держать пользователей Motor-CAD на шаг впереди.

У вас уже есть рабочий процесс? Легко интегрируйте Motor-CAD.

У нас есть партнерские отношения со многими крупными разработчиками коммерческого программного обеспечения, чтобы обеспечить бесперебойную работу Motor-CAD с другими инструментами.

Отрасли промышленности: от автомобильной до академической.

Motor-CAD используется в различных и сложных системах, таких как гибридные / электрические транспортные средства, авиационные двигатели, ветроэнергетика, погружные насосы, герметичные компрессоры, конвейерные ролики и автоспорт.У нас отличный послужной список в предоставлении услуг с хорошим соотношением цены и качества, в применении инженерных знаний и программных инструментов для разработки продуктов в широком спектре приложений.

Начни разговор с нами:

Этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимальное удобство использования нашего веб-сайта.Узнать больше

About — Motor Design

Motor Design Ltd (MDL) — мировой лидер в разработке передового программного обеспечения и инструментов для проектирования электрических машин. Мы занимаемся разработкой программного обеспечения для проектирования электродвигателей с 1998 года.

Наше программное обеспечение Motor-CAD признано во всем мире лучшим в своем классе программным обеспечением для проектирования двигателей.Мы используем наши экспертные знания в области проектирования электродвигателей для предоставления поддержки программного обеспечения и консультационных услуг разработчикам электрических машин в некоторых из самых престижных мировых авиакосмических, автомобильных и промышленных компаний.

История проектирования двигателей

40 лет отраслевых знаний и навыков

Исследования доктора Дэвида Стейтона в Шеффилдском университете в 1980-х были посвящены разработке программного обеспечения САПР для электрических машин.

В 1998 году Дэвид стал основателем новаторской компании Motor Design Limited с конкретной целью разработки Motor-CAD — первого и единственного в мире программного обеспечения для проектирования двигателей, предназначенного для упрощения сложных термических расчетов. С тех пор программное обеспечение значительно развилось, став ведущим в мире инструментом мультифизического проектирования, предназначенным для проектирования электродвигателей.

Прочтите наше недавнее интервью с Дейвом, празднующим 20-летие MDL, здесь.

Наша экспертиза

Программное обеспечение, исследования и консультации

Разработчики Motor-CAD

Узнайте о нашем ведущем на рынке инструменте для проектирования электродвигателей Motor-CAD.

Передовые исследования

Узнайте о наших текущих проектах НИОКР, финансируемых из разных стран.

Консультации и поддержка

Узнайте, как мы можем поддержать разработчиков двигателей на каждом этапе процесса проектирования.

Партнер ANSYS OEM

Создание беспрецедентного рабочего процесса с Ansys Inc.

Motor Design Ltd рада сообщить, что подписала соглашение с Ansys, Inc. о распространении нашего программного обеспечения Motor-CAD. Это соглашение позволяет распространять Motor-CAD через обширную сеть продаж и поддержки ANSYS.

Наши партнеры по программному обеспечению

Совместная работа для бесшовного моделирования

Motor Design Ltd имеет стратегические партнерские отношения с ведущими партнерами по программному моделированию по всему миру, предлагая инструменты и процессы для совместной работы для улучшения проектирования электродвигателей и их интеграции в системы трансмиссии.

• Партнерство ANSYS

  Связь программного обеспечения между Motor-CAD и Ansys® обеспечивает целостный подход к моделированию и анализу конструкций электродвигателей от концепции до возможности производства.

• Технологическое партнерство Romax

  Простой импорт из Motor-CAD в инструменты Romax помогает инженерам применять данные о радиальной силе и пульсации крутящего момента временного ряда из моделирования двигателей в моделях трансмиссии, чтобы правильно учесть влияние электромагнитных сил.

• Партнерство Dynardo

  optiSLang — это инструмент от Dynardo, который оптимизирует дизайн ваших продуктов, сочетая мощные возможности параметрического моделирования Motor-CAD с методами робастной оптимизации дизайна (RDO) optiSLang.

• Членство в TechNet Alliance

  Motor Design Ltd является активным основным членом TechNet Alliance: глобальной сети экспертов по автоматизированному проектированию (CAE), занимающихся консультированием, поддержкой, обучением, маркетингом и распространением программного обеспечения и технологий CAE.

Начни разговор с нами:

Этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимальное удобство использования нашего веб-сайта. Узнать больше

Конструкция электродвигателя 101: Выбор наиболее подходящего материала

Конструировать электрическую машину в лучшем случае сложно.Это всегда компромисс между технологичностью и производительностью.

В конструкции двигателя с осевым магнитным потоком теоретически магнитный поток будет двигаться в противоположном направлении, но на значительно меньшем уровне. Итак, вы выбираете, как вы этого добиваетесь — удаляя излишки, тратя при этом много материала.

Сегодня двигатели с осевым потоком двигаются в сторону нетрадиционных конструкций. Как бы то ни было, материалы, которые вам понадобятся в конструкции следующего электродвигателя , зависят от того, как двигатель должен работать, где он будет работать и так далее.

Когда дело доходит до материалов для электродвигателей, вы можете выбрать либо электротехническую сталь, либо порошковый металл, либо вообще ничего. В этой статье основное внимание будет уделено электротехнической стали (также известной как листовая сталь), а также двум формам металлического порошка.

Есть и другие статьи, которые прекрасно объясняют использование материалов для других компонентов двигателя, таких как вал. Сегодня мы сосредоточимся на трех наиболее важных элементах.

Конструкция электродвигателя: компоненты ротора и статора

Давайте посмотрим, где находится порошковая металлургия с этими тремя ключевыми компонентами электродвигателей постоянного тока:

Как вы увидите, материал сердечника электродвигателя уже по колено в порошковом металле или, по крайней мере, может использовать преимущества порошковой металлургии.

Итак, из чего сделаны эти материалы для компонентов двигателя? Компоненты из порошкового металла для двигателей обычно состоят из железа, никеля и кобальта.

• Железо — самое дешевое из трех, поэтому многие дизайнеры обращаются к нему первыми.
• Кобальт редко используется сам по себе, но иногда его добавляют в железо. Кобальт дает вашей детали больше индукции насыщения.
• Никель дорог, но ценен для применения в двигателях. Это увеличивает производительность, облегчая намагничивание компонента.

А теперь перейдем к более широкой картине:

Материал статора электродвигателя

В традиционных стальных ламинатных статорах потери в сердечнике высоки. Этот может снизить их эффективность , в зависимости от использования двигателя и частоты. Если предотвращение потерь в сердечнике важно для вашей конструкции, электротехническая сталь может быть неоптимальной.

Многослойный материал сердечника статора также имеет двухмерную индивидуальность. Ламинирование может дать красивую плоскую деталь, но что, если ваш дизайн не плоский или требует других наворотов? Это по-прежнему лучший материал для ротора?

К счастью, есть более новая и более эффективная замена.Можно использовать магнитно-мягкий композит (SMC) для эффективной работы в тандеме с ротором.

Магнитно-мягкие композиты — это металлические порошки, которые можно легко намагничивать и размагничивать по сравнению с твердым магнитом.

Объединение сил

Уникальная возможность — комбинировать магнитомягкий композит с листами электротехнической стали. Существуют так называемые «гибридные» ситуации , когда вы получаете преимущества обоих . Правильно спроектированная комбинированная сборка позволяет использовать преимущества электротехнической стали (более низкая стоимость производства), добавляя при этом уникальные особенности с помощью SMC (благодаря своей потрясающей способности создавать формы).

Если ваш текущий электродвигатель работает с КПД 60-70%, можете ли вы улучшить его с помощью SMC? Подумайте о долгосрочной экономии на счетах за электроэнергию , которую вы могли бы предложить конечному потребителю.

У нас есть еще одна мысль для тех, кто добавляет магниты в конструкцию ротора. Можете ли вы создать двигатель на основе полностью порошкового металла, полагаясь на спеченный магнитный порошок в качестве материала, к которому вы прикрепляете магниты? Теперь вы можете объединить две концепции дизайна — SMC и спеченный порошковый металл — в полной мере используя преимущества порошковой металлургии.

Подробнее об этом ниже.

Материал ротора электродвигателя

В качестве материалов для ротора обычно используются листы электротехнической стали. Внешняя и внутренняя части двигателя — ротор и статор — имеют штамп одновременно, чтобы минимизировать отходы . Традиционно, из чего бы вы ни штамповали статор, вы штампуете и ротор.

Тем не менее, с более новыми двигателями инженеры обращают внимание на характеристики магнитов на двигателе для улучшения крутящего момента и характеристик шин.

НЕ рекомендуются для роторов в том виде, в котором они разработаны в настоящее время. SMC не спекаются, и поэтому им не хватает прочности, чтобы выдерживать эти применения.

Но спеченные магнитомягкие материалы … они могут быть отличной альтернативой .

Вам может быть интересно узнать о разнице между спеченными магнитомягкими материалами и SMC. Для этого упражнения просто знайте, что магнитомягкие композиты не спекаются.

Подшипники

Подшипники являются основным продуктом традиционной порошковой металлургии.Это крупносерийная недорогая работа, которая доступна в самых разных материалах и формах.

Порошковые металлы используются в подшипниковой промышленности с 1930-х годов и являются хорошо зарекомендовавшим себя материалом для многих связанных областей применения. Первоначально они начинались как бронза, но благодаря нововведениям в порошковой металлургии в последующие годы можно использовать более экономичные материалы, такие как железо.

В этих небольших металлических компонентах используется губчатое железо , уплотненное до низкой плотности , поэтому вы можете пропитать их смазочным маслом.

Подшипники двигателя такие, какие они есть. Нововведения происходят на уровне статора и ротора.

А как насчет двигателей с радиальным магнитным потоком?

Для обычных двигателей с радиальным магнитным потоком на 60 Гц магнитомягкие композиты не являются хорошей альтернативой. … Но можем ли мы жениться на гибридном дизайне, чтобы оптимизировать его?

Что делать, если вам не нужна простая радиальная конструкция? Что, если вам нужны другие полезные свойства материала вашего электродвигателя? Это возможно с ламинированием электротехнической стали, но будет намного сложнее.Теперь вам действительно нужно полностью сосредоточиться на магнитно-мягких композитных материалах из-за их способности формировать форму.

— это , идеально подходящие для новых разработок или конструкций, в которых вы можете комбинировать SMC и ламинат , чтобы получить преимущества в производительности.

Изображение выше является классическим примером. Этот инверторный двигатель с прямым приводом в часах LG Signature находится прямо в рулевой рубке из магнитомягкого композитного материала. И по мере того, как вы разрабатываете новые конструкции с ротором, начните спрашивать себя: «Можем ли мы перевести их на порошковый металл?» Это могут быть не только SMC, но и спеченные магнитомягкие материалы.

SMC может помочь преодолеть разрыв, придав форму, которая наилучшим образом соответствует конструкции вашего электродвигателя.

Больше не оседать

Компоненты электродвигателя не должны быть компромиссом — по крайней мере, не в том виде, к которому вы привыкли.

Поэкспериментируйте с идеей комбинирования слоистой кремнистой стали, магнитомягкого композита (для электродвигателей переменного тока) и спеченных магнитомягких материалов (для двигателей постоянного тока). Производитель порошковой металлургии должен быть в состоянии определить жизнеспособность компонентов на порошковой основе для вашего конкретного проекта.

Вы можете узнать больше о SMC и электронном двигателе, посетив бесплатный Инженерный центр ресурсов ниже:

Связанные ресурсы

(Примечание редактора: эта статья была первоначально опубликована в сентябре 2019 года и недавно была обновлена.)

| Portescap

Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) обеспечивают высокий КПД, крутящий момент и скорость, и доступны в размерах, подходящих для широкого спектра применений.Portescap продолжает работу над улучшением характеристик своих бесщеточных двигателей постоянного тока с прорезями и прорезями. При выборе двигателя, подходящего для вашего применения, у вас может возникнуть много вопросов. Как работает бесщеточный двигатель и в чем разница между бесщеточным и щеточным двигателями? Какие преимущества могут быть достигнуты с помощью конструкции двигателя BLDC, каковы преимущества бесщеточных двигателей в целом и бесщеточных двигателей Portescap в частности? Узнайте больше о том, какую выгоду может получить ваш бизнес от двигателей Portescap BLDC.

КАК РАБОТАЕТ БЕСЩЕТЧАТЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА?

В обычных двигателях постоянного тока используется неподвижный магнит с вращающимся якорем, объединяющий коммутационные сегменты и щетки для обеспечения автоматической коммутации. Для сравнения, бесщеточный двигатель постоянного тока имеет обратную конструкцию: постоянный магнит вращается, тогда как обмотки являются частью статора и могут быть запитаны без использования системы коммутатора и щеток. Коммутация бесщеточного двигателя постоянного тока осуществляется электронным способом и может выполняться либо путем анализа обратной ЭДС двигателя, либо с помощью датчика положения.

В ЧЕМ РАЗНИЦА МЕЖДУ ДВИГАТЕЛЯМИ БЕЗ ЩЕТКИ И ДВИГАТЕЛЯМИ?

Бесщеточные двигатели не имеют механической коммутации. Щеточные двигатели, более традиционная конструкция, используют механическую коммутацию, при которой для электрических соединений используются вращающиеся якоря со щетками. Уменьшение количества движущихся частей продлевает срок службы бесщеточных двигателей, ограниченный только износом шарикоподшипников.

КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ BLDC

На этапе проектирования бесщеточного двигателя постоянного тока инженеры Portescap стремятся оптимизировать крутящий момент бесщеточного двигателя.Крутящий момент двигателя — это величина силы вращения, которую двигатель создает во время работы. Ключевыми компонентами, участвующими в создании крутящего момента, являются магнит, обмотка и путь потока. Чем больше количество пар полюсов в магните, тем выше крутящий момент бесщеточного двигателя при той же рассеиваемой мощности. Медь, содержащаяся в обмотке, способствует выработке мощности двигателем, в то время как путь потока направляет все магнитное поле в используемом канале, сводя к минимуму потери. Достижение правильного баланса важно при создании двигателя с максимальным крутящим моментом бесщеточного двигателя, который не потребляет огромную мощность.Понимание всей конструкции двигателя позволяет инженерам Portescap вложить максимальную мощность в самый компактный двигатель.

Portescap Ultra EC ™ предлагает 3 семейства бесщеточных бесшумных двигателей, которые помогут удовлетворить широкий спектр требований к крутящему моменту и скорости бесщеточных двигателей. Запатентованная U-образная катушка обеспечивает выдающуюся производительность, включая минимальные потери в стали, повышенную эффективность и охлаждение. Ключом к выдающимся характеристикам этих мини-бесщеточных двигателей является новая катушка, разработанная Portescap в Швейцарии.Эта уникальная конструкция катушки позволяет двухполюсным двигателям, например, обеспечивать на 30% больший крутящий момент бесщеточного двигателя по сравнению с двигателем того же размера, использующим обычную конструкцию катушки, при значительном снижении потерь в стали.

ТЕХНОЛОГИЯ БЕСЩЕТЧАТОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА: С РАЗРЕЗОМ И БЕСПЛОТНЫМ

Portescap предлагает в основном два типа технологий бесщеточных двигателей постоянного тока: щелевые и бесшумные. Оба этих бесщеточных двигателя постоянного тока имеют роторы с постоянными магнитами с 2 или 4 парами полюсов. Щелевые бесщеточные двигатели постоянного тока имеют катушки, вставленные в пазы статора.Благодаря этим пазам ротор имеет предпочтительные положения равновесия, когда двигатель обесточен. Этот крутящий момент сопротивления называется зубчатым или фиксирующим моментом. Бесщеточные бесщеточные двигатели постоянного тока имеют самонесущую цилиндрическую катушку, не создающую фиксирующего крутящего момента, поэтому ротор не имеет предпочтительных положений равновесия. Обе эти технологии бесщеточных двигателей постоянного тока отличаются высокой эффективностью, высокой скоростью и датчиками Холла / бессенсорными опциями.

В технологии One используется статор, состоящий из многослойной стальной пластинки с обмоткой, размещенной в пазах, прорезанных в осевом направлении по внутренней периферии.Это называется электродвигателем BLDC, железная конструкция с прорезями. В другой технологии используется самонесущая цилиндрическая катушка без сердечника, изготовленная по той же технологии намотки, что и в наших двигателях постоянного тока с ротором без железа. Это называется двигателем BLDC, гладкой железной конструкцией.

ПРЕИМУЩЕСТВА БЕСЩЕТКОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ постоянного тока

Даже при работе на очень высоких скоростях бесщеточные двигатели постоянного тока обеспечивают долгий и безотказный срок службы, так как отсутствует механическая коммутация. Они имеют в основном характеристики линейного двигателя с отличным управлением скоростью и положением.В бесщеточных двигателях статические обмотки прикреплены к корпусу двигателя, что приводит к улучшенному рассеиванию тепла и перегрузочной способности. Бесщеточные двигатели отличаются высоким КПД.

БЕСЩЕТОЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА PORTESCAP

Portescap чрезвычайно надежны и созданы для обеспечения наилучших характеристик. Их высокая удельная мощность позволяет уменьшить общий размер большинства приложений. Они отличаются бесшумным ходом даже на высокой скорости. Автоклавируемый вариант идеально подходит для медицинских приложений.

Они имеют максимальный продолжительный крутящий момент при остановке до 39 унций на дюйм (276 мНм). Их максимальный крутящий момент составляет до 232,7 унций на дюйм (2’278 мНм). Они могут развивать скорость до 100 000 об / мин. Стандартные диаметры варьируются от 0,5 до 2,3 дюйма (от 12,7 до 58 мм).

Portescap может предоставить индивидуальные двигатели для нужд вашего проекта. Для каждого размера кадра доступны стопки различной длины. Доступны варианты автоклавирования для устройств, требующих стерилизации.

Portescap предлагает индивидуальные обмотки, модификации вала, включая полый вал, а также специальные материалы, покрытия и гальванику.Длина, тип, цвет и разъем, редукторы и энкодеры могут быть изменены.

Большинство наших продуктов BLDC можно настроить или модифицировать с помощью специальных функций, в том числе:

• Специальные валы (более длинные или короткие, большего или меньшего диаметра, поперечные отверстия, осевые отверстия, канюлированные, специальные материалы и покрытия)
• Специальная конструкция для немедицинского применения (алюминиевый корпус / концевые раструбы, стальные детали редуктора, стальные подшипники)
• Обмотки специальные (повышенное напряжение, разные скорости)
• Специальные концевые заделки проводов (без соединений, специальные разъемы, встроенные разъемы, специальные цвета)
• Особенности монтажа
• Альтернативные ленточные материалы
• Альтернативные материалы магнитов
• Возможность стерилизации
• Опции кодировщика

ПРИМЕНЕНИЕ БЕСЩЕТЧАТОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

являются неотъемлемой частью многих приложений, особенно в медицинских устройствах, промышленной автоматизации, аэрокосмической и оборонной промышленности, безопасности и доступе и других отраслях.

МЕДИЦИНСКАЯ

BLDC идеально подходят для высокоскоростных ручных хирургических и стоматологических инструментов, включая мелкие и крупные костные инструменты, а также стоматологические инструменты, такие как сверла. Они также очень эффективны для респираторов и аппаратов ИВЛ, инфузионных и инсулиновых насосов, стоматологической визуализации и анализаторов.

• Высокоскоростной ручной хирургический инструмент
• Ручной хирургический инструмент для мелких костей
• Ручные хирургические инструменты для больших костей
• Стоматологические ручные инструменты
• Респираторы и вентиляторы
• Инфузионные и инсулиновые насосы
• Стоматологическая визуализация
• Анализаторы
• Хирургическая робототехника
• Бионика и экзоскелетные системы

ПРОМЫШЛЕННАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ

Бесщеточные двигатели постоянного тока используются в промышленных гайковертах и ​​отвертках, воздушных насосах, конвейерах и электронных сборочных устройствах.

• Гайковерты промышленные
• Отвертки промышленные
• Воздушные насосы
• Конвейеры
• Электронный блок
• Захваты электрические

АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ ОБОРОНА И ОБОРОНА

Долговечность и надежность двигателей BLDC делают их хорошим выбором для бортовых приборов самолетов, гироскопов и спутников. Они также обычно используются в клапанах, системах дозирования топлива и электрических приводах.

• Бортовая аппаратура самолета
• Гироскоп
• Спутников
• Клапаны
• Система дозирования топлива
• Электропривод
• Обнаружение и обслуживание роботов

БЕЗОПАСНОСТЬ И ДОСТУП

Компактный размер и низкие рабочие температуры бесщеточных двигателей постоянного тока делают их идеальными для использования в устройствах считывания штрих-кода, камерах, замках, а также в принтерах и диспенсерах билетов.

• Сканеры штрих-кода
• Камера
• Замки
• Принтер и дозатор билетов

ДРУГОЕ

Другие области применения бесщеточных двигателей постоянного тока — робототехника, прецизионные измерительные приборы и гравировка.

• Робототехника
• Прецизионные приборы
• Гравировка

СОСТАВ И ВАРИАНТЫ БЕСЩЕТКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ постоянного тока (BLDC)

ПРОРЕЗАННЫЙ VS.БЕСПЛОТНЫЕ МОТОРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ BLDC

ВАРИАНТЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

ДВИГАТЕЛИ BLDC СО СЛОТАМИ — ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

HET значительно увеличивает мощность, крутящий момент и эффективность, снижает вес и сложность.

Стартап из Техаса собрал 4 доллара США.5 миллионов начальных инвестиций на разработку и коммерциализацию замечательной технологии электродвигателей. Команда отца и сына утверждает, что конструкция может значительно уменьшить размер и сложность электрических трансмиссий, а также значительно повысить эффективность и удвоить выходной крутящий момент.

Электромобили — потрясающие исполнители вне очереди. В спринтерских тестах они обычно сдают скромные высокопроизводительные автомобили с двигателем внутреннего сгорания, во много раз более дорогие, чем они. Но для достижения такого впечатляющего пускового крутящего момента с помощью легко устанавливаемых двигателей небольшого диаметра в большинстве из них используются редукторы.Не многоскоростные коробки передач, которые вы использовали бы с двигателем внутреннего сгорания, а односкоростные редукторы, предназначенные для того, чтобы электродвигатели вращались на высоких и эффективных оборотах, а колеса вращались медленнее.

Эти коробки передач тяжелые, сложные и дорогие — и потенциально ненужные, по словам техасской команды отца и сына, которая утверждает, что они изобрели новый тип электродвигателя, который может радикально упростить электрическую трансмиссию, обеспечивая при этом высокую эффективность и крутящий момент. , бонусы мощности и дальности.

Linear Labs завершила начальный раунд финансирования в апреле этого года, собрав 4 доллара США.5 миллионов на развитие своей ключевой интеллектуальной собственности: Hunstable Electric Turbine (HET), Hunstable — это фамилия двух ее основателей, генерального директора Брэда и его отца, а также технического директора Фреда.

Linear Labs

HET — это трехмерный электродвигатель с внешними постоянными магнитами с окружным магнитным потоком и некоторыми интересными характеристиками. Во-первых, он работает с четырьмя роторами, тогда как другие двигатели обычно работают с одним или двумя.Статор полностью заключен в четырехсторонний «магнитный туннель крутящего момента», каждая сторона которого имеет одинаковую полярность, гарантируя, что все магнитные поля находятся в направлении движения, и на медных катушках нет неиспользуемых концов, тратящих энергию. Таким образом, весь магнетизм, создаваемый системой, используется для создания движения, и все четыре стороны статора создают крутящий момент на выходе.

Он также уникальным образом обеспечивает ослабление поля. Ослабление поля используется для увеличения числа оборотов двигателя, когда он уже работает на полном напряжении, за счет уменьшения магнитного потока поля, что обычно достигается путем подачи дополнительного тока в противоположном направлении.Эта подача тока обменивает дополнительную скорость на крутящий момент двигателя и снижает эффективность двигателя. HET обеспечивает ослабление поля за счет вращения одной или обеих своих магнитных концевых пластин с несовпадением, что означает, что этот двигатель может развивать дополнительную скорость без потери эффективности. Действительно, общая эффективность растет с более высокими скоростями.

Там, где большинство двигателей страдают от пульсации крутящего момента или зубчатого зацепления на низких скоростях, из-за чего электромобиль может рывками взлетать, HET может создавать перекрывающиеся импульсы мощности вокруг статора для получения огромного плавного крутящего момента на малых скоростях. , а затем изменить его режим работы, группируя полюса вместе по мере увеличения скорости двигателя.Это почти действует как электронная коробка передач, имитируя шестифазную, трехфазную, двухфазную или однофазную схемы и позволяя двигателю увеличивать скорость без изменения его частоты, напряжения или уровней тока.

Linear Labs

В результате, по словам Linear Labs, получается поистине замечательный двигатель, который обеспечивает в два-пять раз большую плотность крутящего момента, по крайней мере в три раза большую удельную мощность и, по крайней мере, в два раза большую мощность, чем любой двигатель с постоянными магнитами того же размера.

Это также устраняет необходимость в преобразователях постоянного тока в постоянный ток и вышеупомянутых коробках передач, значительно снижая общую стоимость и вес транспортного средства, и компания заявляет, что присущий двигателю КПД на разных скоростях, а также снижение веса, достигаемое за счет уменьшения компонентов, могут увеличить дальность действия данной аккумуляторной батареи на 10–20 процентов.

Его производство не требует больше затрат, чем двигатель традиционной конструкции, и требует каких-либо специальных инструментов — и при необходимости он может быть изготовлен без использования редкоземельных металлов.Охлаждать легко, по крайней мере, статор, потому что внутри медных катушек можно запустить жидкостное охлаждение.

Это, конечно, огромные претензии. И хотя Linear Labs быстро подкрепляет их цитатами независимых экспертов, между подрывной идеей и коммерциализацией, меняющей мир, проходит долгий путь. Компания заявляет, что планирует реализовать мотор в прототипе скутера в следующем году и прототипе автомобиля в 2021 году. Компания видит дальнейший потенциал для двигателей в мультикоптерах, летающих автомобилях, ветроэнергетике и HVAC.

Также стоит отметить, что компания сравнивает свою технологию с «ведущими на рынке высокопроизводительными двигателями с постоянными магнитами», когда заявляет приведенные выше цифры — вероятно, не с очень секретными новыми синхронными реактивными двигателями с постоянными магнитами, которые Tesla разработала собственными силами. для Model 3 и развертывается на Model S. Размещение одного из них в передней части Model S и оставление обычного асинхронного двигателя сзади дает Tesla один двигатель, оптимизированный по мощности и крутящему моменту, а другой — для эффективность и запас хода, а при нормальном вождении это привело к впечатляющему 10-процентному увеличению запаса хода для автомобиля как системы.

Итак, хотя Linear Labs достигла потрясающих результатов тестирования и собрала средства для дальнейшего развития, еще неизвестно, как это будет работать на практике. Мы желаем этой небольшой компании всего наилучшего в ее работе по выводу технологий HET на коммерческий уровень.

Проверьте электрическую турбину Hunstable на видео ниже.

Линейные лаборатории

Источник: Linear Labs через CNET

Radial vs.Осевой и поперечный поток

Как инженер, которому поручено воплотить ваш продукт в будущее, вы, вероятно, должны будете принять множество решений при выборе конструкции двигателя для вашего проекта переменного тока.

Наиболее распространенные применения электродвигателей делятся на две основные категории — двигатели с осевым потоком и двигатели с радиальным магнитным потоком. Есть еще третья категория — двигатели с поперечным магнитным потоком — но эта конфигурация не так широко распространена (пока).

На протяжении десятилетий двигатели с радиальным магнитным потоком были наиболее распространенным решением.Однако по причинам, которые мы обсудим ниже, машины с осевым потоком становятся стандартом для двигателей переменного тока.

Из-за ограничений традиционных штабелей из многослойной стали мы также рассмотрим, как порошковая металлургия помогает раскрыть потенциально новые области применения для всех трех конструкций.

В чем разница между осевой, радиальной и поперечной конструкцией электродвигателя?

Хотя все три типа могут быть созданы как синхронные двигатели с постоянными магнитами, фундаментальные различия заключаются в ориентации магнитного поля относительно электрических катушек.

Двигатель с радиальным магнитным потоком

Вкратце, характеристики двигателя с постоянными магнитами с радиальным магнитным потоком выполнены по бокам. Медные обмотки наматываются на пазы. Поток создается перпендикулярно оси вращения.

Например, традиционные двигатели BLDC с радиальным потоком состоят из ротора, состоящего из постоянных магнитов, расположенных внутри статора. В данном случае:

• Статор содержит опору, известную как ярмо, которая снабжена «зубьями», содержащими электромагнитные катушки
• Зубья работают как переменные магнитные полюса
• Магнитные полюса ротора взаимодействуют с переменным магнитным потоком намотанных зубцов статора, создавая крутящий момент двигателя

Конструкция двигателя BLDC с осевым потоком отличается от радиальной машины.

В этом случае поток создается параллельно оси вращения из-за способа намотки. Это дает преимущество упрощения изготовления двигателя.

Хотя этот тип геометрии электродвигателя далеко не нов, он редко использовался в коммерческих приложениях, пока не появились бесщеточные двигатели постоянного тока. Они стали популярнее, когда стали широко доступны более мощные электромагниты, чтобы использовать преимущества осевой геометрии . Теперь магнитно-мягкие композитные материалы (SMC), эксклюзивные для порошкового металла, определяют будущее характеристик двигателей с осевым потоком:

• Высокая плотность мощности (Подробнее об этом чуть позже)
• Проще изготавливать двигатели с побегами для более высокого крутящего момента
• Упрощенная конструкция обмотки сильноточного электродвигателя BLDC
• Более короткий магнитный путь

Двигатели с поперечным магнитным потоком (двигатели TFM) используют и другой подход к конструкции обмотки статора двигателя т. Вместо того, чтобы наматывать медную проволоку вокруг зубцов статора или полюса, TFM держит свои катушки вокруг ротора.

(Фото любезно предоставлено Linear Labs)

Эта установка обеспечивает трехмерный поток магнитного потока, когда он проходит в осевом направлении через статор, по окружности через ротор и радиально через зазор между ними.

В результате вы можете увеличить крутящий момент на низкой скорости и эффективность в определенных условиях или даже увеличить мощность для определенных энергозатрат и размеров двигателя.Кроме того, отсутствует потребность в охлаждении, что обеспечивает более длительную непрерывную работу.

Чем отличаются эти электродвигатели по характеристикам?

Хотя радиальная конструкция является стандартом на протяжении десятилетий, осевые двигатели и двигатели TFM обладают определенными характеристиками и преимуществами в производительности. Сегодня они являются предпочтительным выбором для модернизации вашего автомобильного или промышленного оборудования.

Например, подумайте о двигателе для ступицы колеса — что вы хотите, чтобы он делал в первую очередь? Обеспечивает большой крутящий момент. Поскольку осевые и поперечные двигатели могут иметь вращающийся элемент, расположенный на их внешнем диаметре, они создают более высокий крутящий момент, уменьшая при этом занимаемую ими площадь двигателя. Внести эти улучшения сложнее в радиальных двигателях с внутренней конструкцией (где ротор находится внутри статора).

Двигатель с осевым магнитным потоком также имеет более высокую удельную мощность, развивая крутящий момент на 30-40% больше, чем радиальный двигатель аналогичного размера, и имеет лучшее охлаждение.

В двигателе с радиальным магнитным потоком магнитный поток движется от одного зубца к статору, обратно к следующему зубцу, а затем к магнитам.С другой стороны, двигатель с осевым потоком имеет более эффективный путь магнитного потока: от одного магнита через сердечник к другому магниту.

Какое место в разговоре занимает порошковая металлургия?

Каждый инженер согласен с тем, что постоянные магниты увеличивают производительность двигателя. Как мы можем сегодня улучшить производственный процесс, чтобы добиться еще более высоких показателей?

Традиционное ламинирование по-прежнему является наиболее распространенным методом изготовления роторов и статоров. Этот процесс может включать:

• Штамповка
• Сборка и соединение
• Клепка
• Сварка
• Клей
• Обработка осевых полюсов (в современных конструкциях с ламинированием осевым флюсом)

Эти специфические для ламинирования процессы деформируют внутреннюю структуру материала, ослабляя его магнитные свойства.С другой стороны, трехмерная траектория потока и возможности формования порошковой металлургии исключают вторичную механическую обработку и соединение. Этот прорыв привел к широкому использованию ферромагнитных материалов, таких как магнитомягкие композиты.

SMC состоят из частиц порошка железа, покрытых слоем электроизоляции. Поскольку они могут быть изготовлены в сложных формах с помощью порошковой металлургии, SMC позволяют создавать трехмерные магнитные цепи и на уменьшать потери в сердечнике.

теперь могут превосходить листы электротехнической стали на частотах всего 100 Гц.SMC идеально подходят для модернизации вашего высокочастотного приложения (при условии, что это не асинхронный двигатель).

В двигателях SMC превосходные характеристики открывают новые возможности, которые были и остаются невозможными при использовании стальных пластин.

SMC: идеальное решение для проектирования электродвигателей?

В связи с тенденцией к электрификации, наряду с призывами к недорогим высокоэффективным двигателям, растет спрос на более эффективные электромагнитные компоненты. «Эффективность» должна исходить как с точки зрения затрат, так и с точки зрения энергии.

SMC играют решающую роль в переходе к производству более эффективных альтернатив.