Pojem
Počet zubů rotoru se vypočítá podle počtu segmentů jader statoru a rotoru krokového motoru. Počet segmentů jader statoru a rotoru je rozdělen do dvou typů: jednostupňový a vícestupňový. Jednostupňový typ spočívá v tom, že stator a rotor jsou kusem železného jádra. Protože vinutí každé fáze jsou rovnoměrně uspořádána v obvodovém směru, nazývá se také radiální dělený typ. Jedná se o nejpoužívanější strukturu u krokových motorů a jedná se o třífázový reakční typ. Krokový motor. Jádra statoru a rotoru jsou laminována plechy z křemíkové oceli, póly statoru jsou vyčnívající póly a pólová čela pólů mají malé zuby. Na statoru jsou tři sady řídicích vinutí a každá sada má dvě řady centralizovaných řídicích vinutí, která jsou navinuta na dvou diametrálně protilehlých magnetických pólech. Každá sada vinutí se nazývá fáze a třífázová vinutí jsou spojena do hvězdy, takže počet pólů statoru je obvykle dvojnásobkem počtu fází. Na rotoru nejsou žádná vinutí a po obvodu jsou dokonce malé zuby. Rozteč malých zubů se musí rovnat rozteči malých zubů na pólech statoru a počet zubů rotoru je omezený. Výhodou této konstrukce je jednoduchá výroba, snadné zajištění přesnosti, menší úhly kroku a vyšší startovací a provozní frekvence. Nevýhodou je, že když je průměr motoru malý a počet fází je velký, je obtížné oddělit fáze v radiálním směru, spotřeba energie je velká a neexistuje žádný polohovací moment při přerušení napájení .
Vícesekční spočívá v tom, že jádra statoru a rotoru jsou rozdělena na m sekcí podle počtu fází podél osy motoru. Vzhledem k tomu, že vinutí každé fáze jsou rozmístěna v axiálním směru, nazývá se také axiální dělený typ. Podle strukturálních charakteristik magnetického obvodu existují dva typy: jedním je, že hlavní magnetický obvod je stále radiální, a druhým je, že hlavní magnetický obvod obsahuje axiální část. Struktura vícesegmentového krokového motoru s radiálním magnetickým obvodem, struktura každého segmentu je podobná jednosegmentové radiální fázově rozdělené struktuře. Obvykle je každé fázové vinutí na každém magnetickém pólu části jádra statoru. Počet magnetických pólů statoru je určen rozumným uvážením konstrukce a může být maximálně roven počtu zubů rotoru. Obvod jádra statoru a rotoru má jednotné malé zuby s podobnými tvary zubů a stejnou roztečí. Počet zubů rotoru je obvykle násobkem počtu pólů statoru. Každé dva sousední segmenty jádra statoru nebo jádra rotoru jsou po obvodu přesazeny o 1/m rozteče. Kromě toho lze na jeden segment jádra umístit i dvoufázová nebo třífázová vinutí. Jádro statoru nebo jádro rotoru musí být posunuto o odpovídající rozteč zubů pro každé dva sousední segmenty, což může zvýšit flexibilitu výroby motoru. Společným rysem vícesegmentové struktury je, že proces sestavování segmentace a dislokace jádra je složitější a není snadné zaručit přesnost. Zejména u motorů s malými úhly kroku je to obtížnější, ale úhel kroku může být velmi malý, spouštěcí a provozní frekvence je vysoká, míra využití prostoru statoru axiálního magnetického obvodu je vysoká, vinutí kruhového ovládání je vhodný na navíjení a rotor Setrvačnost je nízká.
Analýza vlivu počtu zubů rotoru na harmonické charakteristiky motoru s přepínáním toku
Ve srovnání s elektricky buzeným motorem nemá motor s permanentním magnetem žádnou budicí cívku, díky čemuž je konstrukce celého motoru jednoduchá a provoz je spolehlivý. Zlepšení, náklady na údržbu motoru jsou relativně nízké a nedochází k žádným ztrátám buzení. Motory s permanentními magnety jsou široce používány v různých oblastech průmyslu kvůli jejich vysoké hustotě výkonu.
Stávající motory s permanentními magnety jsou většinou rotorové konstrukce s permanentními magnety a všechny permanentní magnety jsou povrchově namontované nebo zapuštěné konstrukce, které se otáčejí společně s rotorem a vytvářejí rotující magnetické pole. U vysokorychlostních rotačních motorů s permanentními magnety zajišťuje struktura permanentních magnetů rotorového typu permanentní magnety ve stavu vysokorychlostního pohybu. Permanentní magnety mají relativně velkou odstředivou sílu vzhledem k rotoru, což klade vyšší požadavky na instalaci a upevnění permanentních magnetů; za druhé, rotor Nadměrný nárůst teploty během rotace ovlivní pracovní bod permanentního magnetu a ve vážných případech bude permanentní magnet nevratně demagnetizován.
Motor s přepínáním toku se může vyhnout výše uvedeným problémům tradičních motorů s permanentními magnety díky své jedinečné topologické struktuře. Rozdíl mezi jeho konstrukcí a tradičním motorem s permanentními magnety spočívá v tom, že jeho permanentní magnet a cívka kotvy jsou umístěny na straně statoru, což zabraňuje nadměrné odstředivé síle permanentního magnetu způsobené rotací rotoru, čímž se snižují požadavky na permanentní instalace a upevnění magnetů; Nadměrný nárůst teploty rotoru má špatný vliv na permanentní magnety. Motor s přepínáním toku má vyšší hustotu výkonu než běžné motory s permanentními magnety v důsledku magnetizačního účinku motoru s přepínáním toku a má lepší vyhlídky na uplatnění v oblasti elektrických vozidel a letectví.
Zprávy a výzkumy motorů s indukčně spínanými motory se zaměřují především na topologii motoru, optimalizovaný design, elektromagnetické charakteristiky a ztráty. Analýza a výzkum harmonických charakteristik motorů s přepínaným tokem jsou rovněž zahrnuty, ale existuje jen málo zpráv o harmonických charakteristikách založených na počtu zubů rotoru. Na základě tradičního motoru s přepínáním toku výzkum navrhuje metodu změny počtu zubů rotoru pro optimalizaci harmonických charakteristik motoru s přepínáním toku. Výsledky analýzy ukazují, že různé počty zubů rotoru mají významný vliv na harmonické charakteristiky toku motoru a zpětného EMF.
Princip Flux Switching Motor
Spínání toku, jak název napovídá, se týká spínání magnetického toku závitů vinutí kotvy. U stávajícího motoru s přepínáním magnetického toku jsou velikost a směr magnetického toku řetězu závitu cívky určovány především vzájemnou polohou zubů rotoru a zubů statoru. Jeden elektrický cyklus motoru spínajícího magnetický tok odpovídá mechanickému úhlu odpovídajícímu rozteči jednoho pólu rotoru. Za předpokladu, že kladný směr magnetického toku prochází cívkou, jsou zuby rotoru a zuby statoru na obrázku 1 (a) přímo protilehlé a magnetický tok prochází cívkou. Podle principu minimální reluktance je magnetický tok závitů cívky maximální v kladném směru; Když se zuby rotoru posunou do polohy znázorněné na obrázku 1(b), jsou zuby rotoru a statorové štěrbiny přímo protilehlé. V tomto okamžiku se magnetický tok procházející cívkou rovná magnetickému toku procházejícímu cívkou a magnetický tok závitů cívky je nulový. ; Zuby rotoru se dále pohybují ve stejném směru do polohy znázorněné na obrázku 1 (c). V tomto okamžiku jsou zuby rotoru a zuby statoru stále proti sobě. Vzhledem ke směru magnetizace permanentních magnetů je směr magnetického toku závitů cívky v tomto okamžiku Průchod lidskou cívkou opačný než předpokládaný kladný směr, to znamená, že magnetický tok závitů cívky je maximální v opačný směr. Na základě výše uvedené analýzy bylo zjištěno, že když se změní vzájemná poloha zubů rotoru a zubů statoru, magnetický tok odpovídajícího řetězu závitu cívky se vždy uzavře podél dráhy nejmenší reluktance. Směr magnetického toku se mění z průchodu cívkou na průchod lidskou cívkou a magnetický tok se mění z dopředného maxima na zpětné maximum. Výše uvedený proces dokončí přepínání magnetického toku, včetně velikosti a směru magnetického toku.
Analýza toku
Aby bylo možné studovat vliv počtu zubů rotoru na harmonické charakteristiky motoru s tokem spínaným tokem, je nejprve nutné studovat vliv změny počtu zubů rotoru na indukční vazbu cívky. Jako výzkumný objekt jsou vybrány dva typy motorů s přepínáním toku, 12/10 a 12/11, a propojení toku je cílem pro srovnávací analýzu. Model konečných prvků motoru s přepínáním toku se dvěma konstrukcemi typu 12/10 a typu 12/ll je vytvořen tak, jak je znázorněno na obrázku 2. Během otáčení zubů rotoru pro jednu pólovou rozteč je vybráno pět speciálních poloh rotoru podle na struktury dvou motorů, aby se určila velikost a polarita propojení toku každé cívky. Polohový vztah mezi propojením toku fáze A a rotorem dvou motorů je uveden v tabulce 1 a tabulce 2.
Celkově vzato, změna v počtu zubů rotoru mění znaménko a fázi propojení toku každé cívky ve vinutí fáze A. Změna znaménka vazby toku každé cívky mění harmonické složky ve vazbě složeného toku fáze A; změna fáze propojení toku každé cívky změní amplitudu spojení toku fáze A.
Závěry výzkumu
Studuje se princip motorů s přepínáním toku, analyzují se tokové vazby závitů každé cívky, když je rotor v různých polohách, a metoda konečných prvků se používá k porovnání a analýze 12 Vazba toku a zpětná elektromotorická síla / Motor typu 10 a motor typu 12/11 mají následující závěry:
1) Rozdíl v počtu zubů rotoru změní komplementaritu mezi jednofázovými cívkami;
2) Rozdíl v počtu zubů rotoru změní polaritu tokového propojení závitů cívky, což ovlivní harmonické složky toku jednofázové cívky a následně ovlivní harmonické charakteristiky motoru;
< 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.Výzkum vlivu počtu zubů na rotoru hybridního motoru s přepínáním magnetického toku
Výzkum pozadí
Ve srovnání s elektricky buzeným motorem má motor s permanentními magnety jednoduchou konstrukci. Provozní spolehlivost je vysoká a náklady na údržbu jsou relativně nízké. Permanentní magnety poskytují magnetomotorickou sílu, takže hustota výkonu motorů s permanentními magnety je vyšší než u tradičních motorů s elektrickým buzením. Motor s permanentním magnetem zároveň nemá žádné budicí vinutí, což může účinně snížit ztrátu mědi motoru. Motory s permanentními magnety mají proto široké uplatnění v různých oblastech průmyslu. Stávající motory s permanentními magnety většinou využívají strukturu rotoru s permanentními magnety a permanentní magnety jsou připevněny k povrchu rotoru nebo zapuštěny do rotoru, aby zajistily rotující magnetické pole. Rozhodněte se, jak umístit permanentní magnety podle různých aplikací. Vzhledem k tomu, že struktura rotoru permanentního magnetu uvádí permanentní magnet do pohybu, má permanentní magnet na rotor velkou odstředivou sílu, což klade vyšší požadavky na instalaci a fixaci permanentního magnetu; za druhé, nárůst teploty během rotace rotoru je příliš vysoký, ovlivní to práci permanentních magnetů a ve vážných případech budou permanentní magnety nevratně demagnetizovány. Motory s přepínáním toku mohou vyřešit problémy tradičních motorů s permanentními magnety. Permanentní magnety a vinutí kotvy jsou umístěny na straně statoru, čímž se zabrání vlivu odstředivé síly rotoru a nadměrnému nárůstu teploty na permanentní magnety. Motor pro řezání magnetickým tokem má vyšší hustotu výkonu než běžný motor s permanentními magnety díky svému magnetizačnímu účinku. Má dobré vyhlídky na uplatnění v oblasti elektrických vozidel a letectví. Na základě tradičního motoru s přepínáním toku je navržen nový typ hybridně magnetizovaného motoru s přepínáním toku a je analyzován vliv různých zubů rotoru na tok a zpětnou elektromotorickou sílu. Pro usnadnění srovnání jsou jako výzkumný objekt brány hybridní magnetizační motory s přepínáním toku 12/10 a 12/11.
Topologická struktura a princip fungování
Struktura strany statoru hybridního motoru s přepínáním magnetického toku navrženého výzkumem je znázorněna na obrázku 3. Konstrukce statoru stále používá statorový třmen ve tvaru U a mezi sousední statorové třmeny ve tvaru U jsou zapuštěny tangenciální magnetizované permanentní magnety; ve srovnání s běžnými motory s radiálním přepínáním toku má hybridní přepínání magnetizačního toku větší výkon v radiálním směru. Magnetizované permanentní magnety a prstencový statorový třmen jsou mimo radiální permanentní magnety.
Pokud není k dispozici žádný radiální magnetizační permanentní magnet, je motor tradiční radiální konstrukcí motoru s přepínáním magnetického toku a stator a magnetický obvod ve statoru jsou znázorněny na obrázku 4. Tangenciální magnetický obvod na obrázku 4 je hlavní magnetický obvod na straně statoru motoru s přepínáním toku. V důsledku existence magnetického svodu vně statorového třmenu ve tvaru U je hlavní magnetický článek řetězu vinutí kotvy redukován a indukovaná elektromotorická síla bude odpovídajícím způsobem snížena.
Dráha magnetického toku na straně statoru hybridního motoru s přepínáním magnetického toku navrženého výzkumem je znázorněna na obrázku 5 (a) a rozložení magnetické siločáry motoru je znázorněno na obrázku 5 (b). Mezi nimi je tangenciální magnetismus produkován permanentními magnety s tangenciální magnetizací, což je hlavní magnetický obvod hybridních magnetizačních motorů s přepínáním magnetického toku; radiální magnetismus je produkován radiálními permanentními magnety, které slouží jako pomocné magnetické obvody a mají dvě hlavní funkce: jedna je Dokáže do určité míry snížit únikový magnetický tok mimo stator, takže permanentní magnety magnetizované v tangenciálním směru mohou být plně využito; za druhé, existence tangenciálního magnetického obvodu zvyšuje hustotu magnetického toku ve statorovém třmenu ve tvaru U a poté v zubech statoru ve tvaru U. Vazba toku mezi středním závitem a závitem vinutí kotvy je zvýšena.
Závěry výzkumu
Je navržen hybridní magnetizační motor s přepínáním magnetického toku a jsou analyzovány charakteristiky jeho topologické struktury. Na základě metody výpočtu konečných prvků jsou porovnány a analyzovány typy 12/10 a 12/10. Spojení toku a zpětná elektromotorická síla motoru typu 12/11 mají následující závěry:
1) Struktura vinutí hybridního motoru s přepínáním magnetizačního toku je doplňková;
2) Rotor Změna počtu zubů změní fázový rozdíl každého vinutí ve vinutí kotvy jedné fáze, změní fázový rozdíl mezi harmonickými ve spojení toku a poté ovlivní harmonické charakteristiky motoru;
3) Změna počtu zubů rotoru způsobí, že se změní amplituda indukčního propojení vinutí kotvy jedné fáze, čímž se ovlivní hustota výkonu motoru;
4) Aby bylo možné plně využít komplementaritu vinutí motoru spínajícího magnetický tok, rotor Při změně počtu zubů je třeba vhodně upravit i uspořádání vinutí kotvy.