电机设计:径向、轴向和横向通量

发布的ob体育比分(2021年6月30日

作为一名工程师,你的任务是把你的产品带到未来

可能有很多决定,当选择你的AC项目的电机设计。

电机最常见的应用分为两大类——轴向磁通电机和径向磁通电机。还有第三种类型——横向磁通电机——但这种配置(目前)还不是很普遍。

几十年来,径向磁通电机是最常见的解决方案。然而,出于我们将在下面讨论的原因,轴向焊剂机正在成为标准为交流电机质量。

由于传统叠层钢板的局限性,我们还将研究粉末冶金如何帮助所有三种设计释放潜在的新应用。

轴向、径向和横向电机的设计有什么不同?

虽然这三种类型都可以创建为永磁同步电机,但基本的区别在于磁场的方向与电气线圈。

径向磁通电机

电机设计径向磁通电机总之,径向磁通永磁电机的特点是设计在侧面。铜绕组缠绕在槽周围。通量产生于垂直于旋转轴的方向。

例如,传统的径向磁通无刷直流电机由位于定子内的永磁体制成的转子组成。在这种情况下:

  • 定子包含一个被称为轭的支撑,轭上装有包含电磁线圈的“齿”
  • 这些齿起到交变磁极的作用
  • 转子的磁极与绕线定子齿的交变磁通相互作用,产生电机的转矩


轴向磁通电机:

电机设计无刷轴向磁通电机钻和电池轴向磁通无刷直流电机的设计与径向电机的几何形状不同。

在这种情况下,通量是平行于旋转轴产生的因为它的伤口。这带来了简化电机制造的优点。

虽然这种类型的电机几何远不是新的,它很少用于商业应用,直到无刷直流电机出现。当更强的电磁铁被广泛使用时,它们进一步腾飞利用轴向几何的优点。目前,粉末金属专用软磁复合(SMC)材料正在推动轴向磁通电机性能的未来发展:

  • 高功率密度(稍后详细介绍)
  • 更容易产生超越电机设计更高的扭矩
  • 简化的大电流无刷直流电机绕组设计
  • 磁短路径


横向磁通电机:

电机设计横向磁通电机

横向磁通电机(TFM电机)采用一种不同的电机定子绕组设计方法。

TFM不将铜线绕在定子齿或磁极上,而是将线圈绕在转子上。这种设置可以实现磁通量的三维流动,它轴向穿过定子,周向穿过转子,径向穿过它们之间的间隙。

因此,你可以增加低速转矩并在特定条件下提高效率,甚至增加特定能量输入和马达尺寸的功率。也没有冷却要求,允许更长的连续运行。

这些电动机设计在性能上有何不同?

虽然径向设计已经是标准几十年,有明显的特点和性能优势,轴向和TFM电机提供。如今,它们是实现汽车或工业应用现代化的首选。

例如,想象一个轮毂的马达——你首先想让它做什么?产生大量的扭矩。因为轴向和横向电机设计可以有旋转成员位于其外径,他们创造更高转矩,同时减少它们的运动足迹对于流道内设计(转子在定子内部)的径向电机来说,要实现这些改进就更困难了。

轴向磁通电机也具有较高的功率密度,正在发展中30 - 40%的扭矩比一个类似大小的径向电机,并有更好的冷却。

在径向磁通电机中,磁通从一个齿移动到定子,再移动到下一个齿,然后移动到磁铁上。另一方面,轴向磁通电机具有更有效的磁通路径:从一个磁体,通过铁芯,到另一个磁体。

粉末冶金在讨论中的位置?

每个工程师都同意永磁体可以提高马达的性能。今天,我们如何改进制造过程以进一步提高性能?

传统的叠片仍然是制造转子和定子的最常用方法。这个过程可以包括:

  • 冲压
  • 组装和连接
    • 铆接
    • 焊接
    • 上胶
  • 轴向极的加工(在当前的轴向磁通层合设计中)

这些lamination-specific过程变形材料的内部结构,削弱了它的磁性。另一方面,粉末冶金的三维通量路径和成形能力消除了二次加工和连接。这一突破引起了铁磁性材料如软磁复合材料的广泛应用。

smc由铁粉颗粒组成,上面涂有一层电绝缘层。由于smc可以通过粉末冶金生产成复杂的形状,因此smc允许3D磁路和减少核心损失。

软磁复合材料现在可以在频率低至100赫兹的情况下胜过电工钢片。smc是实现高频应用现代化的理想选择(前提是它不是感应电机)。

在SMC电机,优越的统计借以自己新的可能性,是-和是-不可能与钢层压。

SMC:电机设计的完美解决方案?

随着电气化的发展趋势,以及对低成本、高效率电机的需求,对更高效的电磁元件的需求也在激增。“效率”必须同时从成本和能源的角度来考虑。

smc在转向生产更有效的替代品方面发挥着关键作用。在生产工艺和电机设计中使用软磁复合材料的核心好处包括:

  • 高性能: smc允许电机满足电动汽车等的高效率要求。
  • 紧凑的设计制造商可以减少电机中使用的部件的尺寸和重量。
  • 优秀的成本效率:紧凑的电机设计导致更少的材料,简化的生产过程,和最小的浪费。

要了解更多关于如何设计更高效、紧凑和高扭矩电机的资源,请访问我们的工程师中心。

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主题:粉末冶金设计汽车电气化


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