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      什么是軸向間隙電機,如何設計,哪些參數需要考慮?

      發布時間:2021-08-20 責任編輯:wenwei

      【導讀】市場上大多數交流電機都是采用徑向間隙設計,對于軸向磁通電機,磁鐵位于遠離中心軸的位置,中心軸上可以設計成一個更大的輸出軸,這種利用了軸向間隙設計通常會帶來幾個額外百分比的效率。軸向磁通電機有兩個轉子,定子每一側各一個,轉子具有與電機尺寸相當的大表面積。
       
      與徑向間隙電機一樣,軸向間隙或軸向磁通單元有多種設計,有帶和不帶開關磁鐵、有小氣隙和大氣隙、有不同類型和形狀的磁鐵以及不同的磁極形狀和結構。
       
      什么是軸向間隙電機,如何設計,哪些參數需要考慮?
       
      軸向磁通電機的共同點是磁力線方向平行于旋轉軸,此類設計已用于油田設備、真空處理設備和衛星測試。這類電機沒有開關磁鐵的裝置,具有更高的電氣效率。其建模能非常準確地預測性能,大大縮短了交貨和制造時間,在某些情況下薄餅形狀系數很有用,易于中空設計,大半徑轉子提供了低速、高扭矩直接驅動的良好性能。
       
      軸向磁通電機的設計
       
      電磁:軸向電機在電磁意義上具有更高效的拓撲結構,徑向磁通電機的磁通量移動通過第一個齒,然后通過定子返回到下一個齒到達磁鐵。相比之下,軸向磁通機器的磁通路徑更短,從第一個磁體,通過一個磁芯,然后直線到達另一個磁體上。
       
      什么是軸向間隙電機,如何設計,哪些參數需要考慮?
       
      繞組:徑向磁通電機的大部分繞組(多達 50%)未激活(位于定子齒外部的部分僅用于形成回路(所謂的“線圈懸垂”)。線圈懸垂是由額外的電阻( 散熱)引起的,沒有任何功能,這就是所說的“分布式繞組”,與沒有線圈的軸向通量電機相比,徑向磁通電機的整體功率/重量比要差得多,軸向通量電機使用“集中繞組”,繞組100%有效。
       
      什么是軸向間隙電機,如何設計,哪些參數需要考慮?
       
      冷卻:徑向通量電機的熱量傳遞必須通過定子傳輸到電機外部,鋼不是很好的熱導體, “線圈懸垂”很難冷卻,它不直接與電機外殼接觸。軸向磁通電機的繞組直接與外部鋁制外殼接觸,冷卻效果極佳,鋁的導熱性非常好。因此,軸向磁通電機的繞組保持較高的冷卻效果,而銅的電阻保持較低,這再會產生更高的效率。
       
      較大半徑的轉子:相同外形尺寸的軸向電機將磁鐵放置在更大的半徑上,從而產生高扭矩、更高慣量的電機,為低速、高扭矩類型的應用帶來優勢。對于給定的 RPM,較大的轉子的直徑增加了磁鐵的旋轉速度,增加了扭矩。
       
      其效果類似于將齒輪箱添加到較小直徑的徑向間隙電機,消除了齒輪裝置的成本、磨損和效率損失。軸向間隙設計作為某些風力電機和其他低速可再生能源項目的直接驅動交流電機。大慣性可用作油井泵等領域中的飛輪,飛輪的能量有助于提升上行沖程的負載,在下行沖程中,能量被回收。與齒輪交流電機相比,該電機與適當的電子控制裝置相結合,可顯著降低泵的功耗。
       
      軸向間隙電機設計
       
      軸向間隙設計的一個優點是磁電路中沒有鐵,消除電路中的鐵損可提高效率,效率通??商岣?10% 至 15%。當電機斷電時沒有制動扭矩,在特殊情況允許電機自由轉動,磁鐵通常由墊片支撐,不會對軸承施加大載荷。磁體面之間的氣隙會產生一條曲線,隨著間隙的增加,磁通量顯著降低,隨著線圈板變薄,電機的輸出增加。當設計涉及到線圈板時,這會給電機設計人員帶來了散熱和機械應力的挑戰。
       
      什么是軸向間隙電機,如何設計,哪些參數需要考慮?
       
      軸向磁通電機另外一種設計是將鐵基插入磁路中,鐵增加了電機的扭矩,以鐵的能量損失為代價,這種設計通常會產生 1.5 到 1.7 倍的扭矩。如果沒有鐵環,在反向驅動電機時會有磁損耗,結構必須支持較大的磁力力以及較低的最高速度,繞組電感和反電動勢會更高。
       
      鐵環的另一種設計是帶槽口的環,繞組放置在凹口中的位置,使鐵非??拷盆F,從而允許機械加工氣隙,類似于徑向間隙電機中的氣隙。這種電機設計的扭矩大大增加,齒槽扭矩大得多,制動扭矩顯著,鐵損更大,磁力異常大,降低了整體能效,對于需要以最小封裝尺寸輸出高扭矩的應用,這種設計方法還是有用的。
       
      結論
       
      隨著強大的稀土磁鐵的出現,較弱的磁鐵使電機設計變得不切實際,軸向間隙電機就是一個常見的例子。改進的電子驅動器能夠足夠靈活應對電機方案的變化。外形因素也起作用,制造徑向間隙電機的成本有利于較小的直徑,傾向于香腸或雪茄形狀,而軸向間隙電機傾向于扁平煎餅式電機。對于某些系統,這種形狀因素具有優勢,大直徑環形電機提供中空中心,為光學路徑、光束線和工業過程提供了優勢,如電纜纏繞、光纖纏繞及其他需要圍繞物品360°旋轉的設計。
       
       
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