Концепция
Броят на зъбите на ротора се изчислява според броя на сегментите на сърцевините на статора и ротора на стъпковия двигател. Броят на сегментите на ядрата на статора и ротора е разделен на два вида: едностепенни и многостепенни. Едностепенният тип е, че статорът и роторът са парче желязна сърцевина. Тъй като намотките на всяка фаза са равномерно подредени в периферна посока, тя се нарича също радиално разделен тип. Това е най-използваната структура в стъпкови двигатели и е тип трифазна реакция. Стъпков двигател. Ядрата на статора и ротора са ламинирани със силициеви стоманени листове, полюсите на статора са изпъкнали полюси, а полюсните повърхности на полюсите имат малки зъби. Има три комплекта управляващи намотки на статора и всеки комплект има две серии централизирани управляващи намотки, които съответно са навити на два диаметрално противоположни магнитни полюса. Всеки набор от намотки се нарича фаза, а трифазните намотки са свързани във формата на звезда, така че броят на полюсите на статора обикновено е два пъти по-голям от броя на фазите. На ротора няма намотки и дори има малки зъби по обиколката. Стъпката на малките зъби трябва да бъде равна на стъпката на малките зъби на полюсите на статора, а броят на зъбите на ротора е ограничен. Предимствата на тази структура са просто производство, лесна за осигуряване на точност, по-малки ъгли на стъпка и по-високи стартови и работни честоти. Недостатъкът е, че когато диаметърът на двигателя е малък и броят на фазите е голям, е трудно да се разделят фазите в радиална посока, консумацията на енергия е голяма и няма момент на позициониране, когато захранването е прекъснато .
Многосекционното е, че сърцевините на статора и ротора са разделени на m секции според броя на фазите по оста на двигателя. Тъй като намотките на всяка фаза са разпределени по аксиалната посока, тя се нарича също аксиално разделен тип. Според структурните характеристики на магнитната верига има два вида: едната е, че основната магнитна верига е все още радиална, а другата е, че основната магнитна верига съдържа аксиална част. Структурата на стъпковия двигател с многосегментна радиална магнитна верига, структурата на всеки сегмент е подобна на едносегментната радиална фазово разделена структура. Обикновено всяка фазова намотка е на всеки магнитен полюс на част от ядрото на статора. Броят на магнитните полюси на статора се определя от разумно разглеждане на структурата и може да бъде най-много равен на броя на зъбите на ротора. Обиколката на ядрата на статора и ротора има еднакви малки зъби с подобни форми на зъбите и еднаква стъпка. Броят на зъбите на ротора обикновено е кратен на броя на полюсите на статора. Всеки два съседни сегмента на ядрото на статора или на ротора са разместени на 1/m стъпка по протежение на обиколката. В допълнение, двуфазни или трифазни намотки също могат да бъдат поставени върху един сегмент на сърцевината. Сърцевината на статора или ротора трябва да бъде разместена със съответната стъпка на зъбите за всеки два съседни сегмента, което може да увеличи гъвкавостта на производството на мотори. Общата характеристика на многосегментната структура е, че процесът на сегментиране на ядрото и сглобяване на дислокация е по-сложен и точността не е лесна за гарантиране. Особено за двигатели с малки ъгли на стъпка е по-трудно, но ъгълът на стъпка може да бъде направен много малък, началната и работната честота е висока, степента на използване на пространството на статора на аксиалната магнитна верига е висока, намотката за управление на пръстена е удобен за навиване, а роторът Инерцията е ниска.
Анализ на влиянието на броя на зъбите на ротора върху хармоничните характеристики на двигателя с превключване на потока
В сравнение с електрически възбудения двигател, двигателят с постоянен магнит няма възбуждаща намотка, което прави целия двигател прост по структура и надежден при работа. Подобрете, разходите за поддръжка на двигателя са относително ниски и няма загуба на възбуждане. Двигателите с постоянен магнит се използват широко в различни области на промишлеността поради високата им плътност на мощността.
Съществуващите двигатели с постоянен магнит са предимно роторни постоянни магнитни структури, а всички постоянни магнити са повърхностно монтирани или вградени структури, които се въртят заедно с ротора, за да осигурят въртящо се магнитно поле. За високоскоростни въртящи се двигатели с постоянен магнит структурата на постоянен магнит от типа на ротора прави постоянните магнити в състояние на високоскоростно движение. Постоянните магнити имат сравнително голяма центробежна сила спрямо ротора, което поставя по-високи изисквания за монтаж и фиксиране на постоянните магнити; второ, роторът. Прекомерното повишаване на температурата по време на въртене ще повлияе на работната точка на постоянния магнит и в тежки случаи постоянният магнит ще бъде необратимо демагнетизиран.
Двигателят с превключване на потока може да избегне гореспоменатите проблеми на традиционните двигатели с постоянен магнит поради уникалната си топологична структура. Разликата между неговата структура и традиционния двигател с постоянен магнит е, че неговият постоянен магнит и арматурната бобина са поставени от страната на статора, което избягва прекомерната центробежна сила на постоянния магнит, причинена от въртенето на ротора, като по този начин намалява изискванията за постоянен монтаж и фиксиране на магнити; Прекомерното повишаване на температурата на ротора има лошо влияние върху постоянните магнити. Моторът с превключване на потока има по-висока плътност на мощността от обикновените двигатели с постоянен магнит поради магнетизиращия ефект на двигателя с превключване на потока и има по-добри перспективи за приложение в областта на електрическите превозни средства и авиацията.
Докладите и изследванията на двигатели с превключване на потока се фокусират главно върху топологията на двигателя, оптимизиран дизайн, електромагнитни характеристики и загуби. Анализът и изследването на хармоничните характеристики на двигателите с превключване на потока също са включени, но има малко доклади за хармоничните характеристики въз основа на броя на зъбите на ротора. Въз основа на традиционния двигател с превключване на потока, изследването предлага метод за промяна на броя на зъбите на ротора, за да се оптимизират хармоничните характеристики на двигателя с превключване на потока. Резултатите от анализа показват, че различният брой зъби на ротора оказва значително влияние върху хармоничните характеристики на потока на двигателя и обратното ЕМП.
Принцип на двигателя с превключване на потока
Превключването на потока, както подсказва името, се отнася до превключването на магнитния поток на намотките на котвата. В съществуващия електродвигател с превключване на магнитния поток, големината и посоката на магнитния поток на веригата за завъртане на бобината се определят главно от относителната позиция на зъбите на ротора и зъбите на статора. Един електрически цикъл на двигател с превключване на магнитния поток съответства на механичен ъгъл, съответстващ на една полюсна стъпка на ротора. Ако приемем, че положителната посока на магнитния поток преминава през намотката, зъбите на ротора и статора на Фигура 1 (а) са точно срещуположни и магнитният поток преминава през намотката. Съгласно принципа на минималното съпротивление, магнитният поток на завоите на намотката е максимален в положителна посока; Когато зъбите на ротора се преместят в позицията, показана на фигура 1(b), зъбите на ротора и прорезите на статора са точно срещуположни. По това време магнитният поток, преминаващ през намотката, е равен на магнитния поток, преминаващ през намотката, а магнитният поток на завоите на намотката е нула. ; Зъбците на ротора продължават да се движат в същата посока до позицията, показана на фигура 1 (c). По това време зъбите на ротора и зъбите на статора все още са обърнати един към друг. Поради посоката на намагнитване на постоянните магнити, посоката на магнитния поток на навивките на бобината в този момент е Преминаване през човешката намотка е противоположна на предполагаемата положителна посока, т.е. магнитният поток на навивките на намотката е максимален в обратна посока. Въз основа на горния анализ е установено, че когато относителната позиция на зъбите на ротора и зъбите на статора се промени, магнитният поток на съответната верига на завъртане на бобината винаги се затваря по пътя на най-малкото нежелание. Посоката на магнитния поток се променя от преминаване през намотката към преминаване през човешката намотка, а магнитният поток се променя от преден максимум към обратен максимум. Горният процес завършва превключването на магнитния поток, включително големината и посоката на магнитния поток.
Анализ на потока
За да се изследва влиянието на броя на зъбите на ротора върху хармоничните характеристики на двигател с превключване на потока, първо е необходимо да се проучи ефектът от промяната на броя на зъбите на ротора върху връзката на потока на намотката. Два типа двигатели с превключване на потока, 12/10 и 12/11, са избрани като обект на изследване, а връзката на потока е целта за сравнителен анализ. Моделът с крайни елементи на двигателя с превключване на потока с две структури от тип 12/10 и тип 12/ll е установен, както е показано на фигура 2. По време на въртенето на зъбите на ротора за една полюсна стъпка се избират пет специални позиции на ротора според към структурите на двата двигателя, за да се определи размера и полярността на връзката на потока на всяка бобина. Позиционната връзка между връзката на A-фазата на потока и ротора на двата двигателя е показана в таблица 1 и таблица 2.
Взети заедно, промяната в броя на зъбите на ротора променя знака и фазата на свързването на потока на всяка намотка в намотката на А-фазата. Промяната на знака на свързването на потока на всяка намотка променя хармоничните компоненти във фаза А на комбинираното свързване на потока; промяната на фазата на връзката на потока на всяка бобина променя амплитудата на връзката на композитния поток на фаза А.
Изводи от изследването
Изучава се принципът на двигателите с превключване на потока, анализират се връзките на потока на навивките на всяка бобина, когато роторът е в различни позиции, и се използва методът на крайните елементи за сравнение и анализ. 12 Връзката на потока и обратната електродвижеща сила на / 10 тип двигател и 12/11 тип двигател имат следните заключения:
1) Разликата в броя на зъбите на ротора ще промени взаимното допълване между еднофазните бобини;
2) Разликата в броя на зъбите на ротора ще промени полярността на връзката на потока на завъртанията на бобината, което ще повлияе на хармоничните компоненти на връзката на потока на еднофазната намотка и след това ще повлияе на хармоничните характеристики на двигателя;
< p>3) The difference in the number of rotor teeth will change the phase difference between the individual coils, thereby changing the amplitude of the flux linkage of the single-phase coil turn chain, thereby affecting the power density of the motor.Изследване на влиянието на броя на зъбите върху ротора на хибриден двигател с превключване на магнитен поток
Изследователски фон
В сравнение с електрически възбуден двигател, двигателят с постоянен магнит има проста структура. Надеждността на работа е висока, а разходите за поддръжка са относително ниски. Постоянните магнити осигуряват магнитодвижеща сила, така че плътността на мощността на двигателите с постоянен магнит е по-висока от тази на традиционните двигатели с електрическо възбуждане. В същото време двигателят с постоянен магнит няма намотка на полето, което може ефективно да намали загубата на мед на двигателя. Следователно двигателите с постоянни магнити имат широк спектър от приложения в различни области на индустрията. Съществуващите двигатели с постоянен магнит най-вече приемат роторна структура с постоянен магнит, а постоянните магнити са прикрепени към повърхността на ротора или вградени в ротора, за да осигурят въртящо се магнитно поле. Решете как да поставите постоянните магнити според различните приложения. Тъй като структурата на постоянния магнит на ротора прави постоянния магнит в движение, постоянният магнит има голяма центробежна сила върху ротора, което поставя по-високи изисквания за инсталирането и фиксирането на постоянния магнит; второ, повишаването на температурата по време на въртенето на ротора е твърде високо, това ще повлияе на работата на постоянните магнити и в тежки случаи постоянните магнити ще бъдат необратимо демагнетизирани. Двигателите с превключване на потока могат да решат проблемите на традиционните двигатели с постоянен магнит. Постоянните магнити и намотките на котвата са поставени от страната на статора, като се избягва влиянието на центробежната сила на ротора и прекомерното повишаване на температурата върху постоянните магнити. Моторът за рязане на магнитен поток има по-висока плътност на мощността от обикновения двигател с постоянен магнит поради магнетизиращия си ефект. Има добри перспективи за приложение в областта на електрическите превозни средства и авиацията. Въз основа на традиционния двигател с превключване на потока е предложен нов тип хибридно-магнетизиран двигател с превключване на потока и е анализирано влиянието на различни зъби на ротора върху връзката на потока и обратната електродвижеща сила. За удобство на сравнението като обект на изследване са взети хибридните електродвигатели с превключване на магнитния поток 12/10 и 12/11.
Топологична структура и принцип на действие
Страничната структура на статора на хибридния двигател с превключване на магнитния поток, предложен от изследването, е показана на Фигура 3. Структурата на статора все още използва U-образно статорно хомут, а тангенциалните намагнетизирани постоянни магнити са вградени между съседни U-образни статорни ярема; в сравнение с обикновените двигатели с превключване на радиален поток, хибридното превключване на магнитен поток има повече мощност в радиална посока. Магнетизираните постоянни магнити и пръстеновидното статорно ярем извън радиалните постоянни магнити.
Когато няма радиално магнетизиращ постоянен магнит, двигателят е традиционна радиална структура на двигател с превключване на магнитния поток, а статорът и магнитната верига в статора са показани на фигура 4. Тангенциалната магнитна верига на фигура 4 е основната магнитна верига от страната на статора на двигателя с превключване на потока. Поради наличието на магнитно изтичане извън U-образното ярем на статора, основната магнитна връзка на веригата на завъртане на намотката на котвата е намалена и индуцираната електродвижеща сила ще бъде съответно намалена.
Пътят на магнитния поток в страната на статора на хибридния двигател с превключване на магнитен поток, предложен от изследването, е показан на Фигура 5 (a), а разпределението на линията на магнитното поле на двигателя е показано на Фигура 5 (b). Сред тях тангенциалният магнетизъм се произвежда от постоянни магнити с тангенциално намагнитване, което е основната магнитна верига на двигатели с превключване на магнитния поток с хибридно намагнитване; радиалният магнетизъм се произвежда от радиални постоянни магнити, които служат като спомагателни магнитни вериги и имат две основни функции: едната е Може да намали изтичащия магнитен поток извън статора до известна степен, така че постоянните магнити, намагнетизирани в тангенциална посока, могат да бъдат напълно използван; второ, наличието на тангенциална магнитна верига увеличава плътността на магнитния поток в U-образното иго на статора, а след това U-образните зъби на статора. Връзката на потока между средните и навивките на намотката на котвата се увеличава.
Изводи от изследването
Предложен е хибриден намагнитващ двигател с превключване на магнитен поток и са анализирани характеристиките на неговата топологична структура. Въз основа на метода за изчисление на крайните елементи се сравняват и анализират типът 12/10 и типът 12/10. Връзката на потока и обратната електродвижеща сила на двигателя тип 12/11 имат следните заключения:
1) Структурата на намотката на хибридния двигател с превключване на магнетизиращия поток е допълваща;
2) Ротор Промяната на броя на зъбите ще промени фазовата разлика на всяка намотка в арматурната намотка на една фаза, ще промени фазовата разлика между хармониците във връзката на потока и след това ще повлияе на хармоничните характеристики на двигателя;
3 ) Промяната в броя на зъбите на ротора ще доведе до промяна на амплитудата на връзката на потока на намотките на котвата на една фаза, като по този начин ще повлияе на плътността на мощността на двигателя;
4) За да се използва пълноценно допълването на намотките на двигателя за превключване на магнитния поток, роторът Когато броят на зъбите се промени, разположението на намотките на котвата също трябва да се регулира по подходящ начин.