Performanse buke i vibracija često su odlučujući faktor izmeđukoncentrisanog i distribuiranog namotajakada dizajn motora prevaziđe male,-brze aplikacije - afrakcijski slot koncentrirani namotajraspored koji je savršeno prihvatljiv u laganomnamotaj motora dronovamože proizvesti neprihvatljivu akustičnu buku u većem industrijskom ili automobilskom motoru koji se sporije-okreće.
Osnovni uzrok su harmonici magnetnog polja: jednostavniji raspored namotaja koncentrisanog namotaja proizvodi manje sinusoidno polje od distribuiranog namotaja, a ti dodatni harmonici se pretvaraju direktno u talasanje obrtnog momenta i zvučni šum kada se poveća veličina motora i zahtevi za obrtnim momentom.
U nastavku ćemo proći kroz zašto se to događa, harmonijsku matematiku iza toga, primjer iz stvarnog-svijeta iznamotaj motora aksijalnog tokadizajn i šta svaki tip namotaja zahteva od mašine koja ga proizvodi.
I. Zašto tip namotaja utiče na buku i vibracije motora?
Svaki raspored namotaja proizvodi talasni oblik magnetomotorne sile (MMF) koji nije savršeno sinusoidan, a sadržaj harmonika u tom talasnom obliku - ne samo osnovno polje - je ono što pokreće talasanje momenta i zvučni šum.
a. kako nastaju MMF harmonici
Ne-struktura zavojnice koncentriranog namotaja koja se ne preklapa inherentno proizvodi manje sinusoidnu MMF distribuciju oko zračnog razmaka, uvodeći prostorne harmonike višeg-reda koji se u velikoj mjeri poništavaju grupe namotaja koji se preklapaju.
b. zašto je ovo važnije jer motori postaju sve veći i sporiji
Više-harmonici se pretvaraju u pulsacije obrtnog momenta na frekvencijama koje se odnose na brzinu motora i broj polova - u malim, velikim-motorima ove pulsacije se javljaju na frekvencijama koje su uglavnom izvan čujnog opsega ili ispod praga primjetne vibracije, ali u većim i sporijim elektromagnetskim silama, industrijski i vučni motori padaju na isti kvadratni udar. rasponi vibracija.
II. Kako kvantificirate harmonijski sadržaj namotaja?
Faktor namotaja nije samo jedan broj za osnovno polje -, on se može izračunati za svaki harmonijski red, a poređenje osnovnog faktora namotaja sa faktorima harmonijskog namotaja otkriva koliko je zapravo "čista" distribucija polja namotaja.
Formula faktora harmonskog namotaja:
kwn=kdn × kpn
gdje:
kwn= faktor namotaja za harmonijski red n
kdn= faktor raspodjele za harmonijski red n=sin(n×q× /2) / (q×sin(n× /2))
kpn= faktor koraka za harmonijski red n=sin(n× /2), gdje je korak zavojnice izražen kao električni ugao
Radni primjer:za isti 24-urezni, 4-polni raspoređeni namotaj koji se koristi kao osnovna linija (q=2,=30 stepen), upoređujući osnovni (n=1) sa 5. harmonikom (n=5):
Osnovno: kd1=sin(2×15 stepeni) / (2×sin 15 stepeni) ≈0.966(kako je prethodno izračunato)
5. harmonik: kd5=sin(5×2×15 stepeni) / (2×sin(5×15 stepeni))=sin(150 stepeni) / (2×sin 75 stepeni)=0.5 / (2×0,966) ≈0.259
a. šta pokazuje ovo poređenje
Nizak faktor harmonijskog namotaja (0,259 za 5. harmonik ovdje) znači da distribuirani namotaj aktivno potiskuje doprinos tog harmonika polju - ovo je matematički razlog zbog kojeg distribuirani namotaj proizvodi glatkiji moment, a ne samo opća preferencija dizajna.
b. zašto koncentrirani namotaj ne dobija isto poništenje
Rasporedi namotaja sa djelimično-koncentriranim utorima obično zadržavaju veće faktore namotaja u širem rasponu harmonijskih redoslijeda, budući da ne-raspored namotaja koji se ne preklapa ne stvara isti fazni{2}}efekat poništavanja grupe - što je direktan kompromis za prednosti njegove proizvodnje i kompaktnosti.
III. Kako se ovo odvija u dizajnu motora sa realnim aksijalnim fluksom?
Namotaj motora sa aksijalnim fluksomdizajn je dobra ilustracija iz stvarnog-svijeta o tome kako se razrješenje koncentrisanog-nasuprot-raspodijeljenog kompromisa rješava kada talasanje obrtnog momenta zaista postane važno za aplikaciju.
a. primjer: odluka o dizajnu vučnog motora aksijalnog toka
Razmislite o motoru sa aksijalnim protokom razvijenim za laganu EV ili aplikaciju e-bicikla visokih{0}}e-bicikla, gdje dizajnerski tim na početku procjenjuje namotaj koncentriran sa frakcijskim-prorezima zbog njegove kratke aksijalne dužine i jednostavne proizvodnje.
Pod testiranjem opterećenja, talasanje obrtnog momenta i zvučno cviljenje u određenim rasponima brzina guraju dizajn prema modificiranom distribuiranom ili hibridnom uzorku namotaja -, čime se trguje nekim od prednosti kompaktnosti za glatkiju isporuku obrtnog momenta koji zahtijevaju zahtjevi za kvalitetom vožnje i bukom aplikacije.
Ovu vrstu promjene namotaja srednjeg{0}}razvoja je daleko lakše apsorbirati kada je sama oprema za namotavanje dovoljno fleksibilna da se nosi s obje topologije bez potpunog ponovnog opremanja.
Suočavate se sa sličnim kompromisom u pogledu vašeg vlastitog motornog programa? Obratite se našem inženjerskom timu da razgovarate o konfiguracijama mašina za namotavanje koje podržavaju koncentrisane i distribuirane rasporede na istoj liniji.
b. zašto geometrija aksijalnog toka pojačava ovaj kompromis
Motori sa aksijalnim fluksom imaju kraći magnetni put i veću efektivnu površinu zračnog razmaka u odnosu na dizajn radijalnog fluksa, što ima tendenciju da harmonijski-pokrenuto valovanje momenta učini primjetnijim - što je strukturni razlog zbog kojeg ova topologija vidi više eksperimentiranja tipa namotaja- tokom razvoja nego kod konvencionalnih motora radijalnog fluksa.
IV. Kada dizajn BLDC motora treba dati prioritet distribuiranom namotaju?
Za većinuBLDC namotaj motoraaplikacijama, distribuirano namotavanje postaje bolji izbor kada se primijeni jedan ili više ovih uvjeta.
| Stanje | Zašto distribuirano namotavanje pomaže |
|---|---|
| Ograničenja zvučne buke (korisničke ili automobilske) | Niži harmonijski sadržaj smanjuje uočljiv akustični šum |
| Visoko{0}}precizna kontrola obrtnog momenta (robotika, CNC) | Lakši izlaz obrtnog momenta poboljšava tačnost pozicioniranja |
| Velika veličina okvira / mala brzina | Harmonici spadaju u uočljivije frekvencijske opsege |
| Industrijska upotreba dugotrajnog{0}}ciklusa | Smanjene vibracije poboljšavaju nosivost i mehaničku dugovječnost |
a. kada koncentrirani namotaj ostaje bolji kompromis
Aplikacije koje daju prioritet gustoći snage, kompaktnoj aksijalnoj dužini i velikoj-efikasnosti proizvodnje - motorima dronova, e-motorima glavčina bicikla, malim aktuatorima - općenito i dalje favoriziraju koncentrirani namotaj, budući da su harmonički-pokrenuti šum i talasi na skali i opseg brzine daleko manji.
b. zašto hibridni pristupi postaju sve češći
Neki moderni dizajni motora koriste modificirane ili hibridne obrasce namotaja koji pozajmljuju karakteristike iz oba pristupa, s ciljem zadržavanja većeg dijela jednostavnosti proizvodnje koncentriranog namotaja dok potiskuju specifične harmonijske redove koji su najodgovorniji za zvučnu buku.
V. Šta ovo znači za zahtjeve za mašinu za namotavanje?
Budući da su harmoničke performanse u osnovi funkcija postavljanja zavojnice i tačnosti okreta, preciznost mašine za namotavanje direktno utiče na to koliko se gotovi motor podudara sa projektovanim faktorom namotaja - i za koncentrisane i za distribuirane rasporede.
| Mogućnosti mašine | Zašto je važno za harmonijsku kontrolu |
|---|---|
| Preciznost broja okreta{0} | Neujednačeni zavoji između zavojnica unose asimetriju koja dodaje neželjene harmonike |
| Konzistentna kontrola napetosti | Neravnomjeran oblik zavojnice iskrivljuje predviđenu raspodjelu MMF-a |
| Programabilni korak zavojnice (distribuirani namotaj) | Preciznost faktora nagiba zavisi od preciznog, ponovljivog postavljanja zavojnice |
| Fleksibilni alat za oba tipa namotaja | Podržava iteraciju dizajna bez pune promjene linije |
a. zašto je automatska mašina za namotavanje statora ovdje bitnija nego što se očekivalo
Anautomatska mašina za namotavanje statorasa čvrstim, ponovljivim zavojima i kontrolom napetosti ne samo da poboljšava konzistentnost proizvodnje - već direktno štiti harmonijske performanse koje je namotaj dizajniran da postigne, budući da čak i mala varijacija između zavoja-do-zavoja može ponovo uvesti harmonike koji je uzorak namotaja posebno dizajniran da poništi.
b. zašto je ovo najvažnije tokom validacije dizajna
Dizajni motora koji prolaze kroz vrstu procjene tipa namota{0}}opisanu u gornjem primjeru aksijalnog fluksa imaju koristi od opreme koja može proizvesti i koncentrisane i distribuirane prototipove s jednakom preciznošću, budući da nedosljedan kvalitet namotaja može prikriti ili preuveličati pravu razliku harmonskih performansi između dva pristupa tokom testiranja.
VI. Koja KIOXIA mašina podržava oba pristupa namotavanju?
Budući da se odluke o tipu namotaja{0}} često razvijaju tokom razvoja motora, sposobnost proizvodnje koncentrisanih i raspoređenih zavojnica sa dosljednim zavojima i preciznošću zatezanja ima stvarnu praktičnu vrijednost izvan konačne proizvodne linije.
KIOXIAPlatforme za namotaje statora Light Ring Equipment Group izgrađene su s preciznošću-brojanja okreta i konzistentnošću napetosti koja je potrebna za zaštitu predviđenih harmonijskih performansi dizajna namotaja, bez obzira da li je konačni raspored frakcijski-koncentriran u prorezima ili potpuno raspoređen.
Proizvođači koji rade na zahtjevima performansi navedenim uIEC 60034-1, međunarodni standard za ocjenu i performanse rotirajućih električnih mašina, zavise od ove vrste ponovljivosti namotaja kako bi se dosljedno zadovoljila nominalna snaga u toku proizvodnje.
Za programe motora koji još uvijek procjenjuju topologiju namotaja, radeći direktno s iskusnimproizvođač mašina za namotavanje namotajana fleksibilnom alatu je često najpraktičniji način da se opcije dizajna ostanu otvorene kroz validaciju.
Istražite kompletnu ponudu na transformercoilwindingmachine.com kako biste pronašli rješenje za namotaje statora koje odgovara zahtjevima buke, vibracija i momenta vašeg motora.
Možda će vas zanimati:
Vodič za podešavanje napetosti namotaja klizne glave
Jezgra trake naspram zavojnice: ključne razlike u procesu izolacije transformatora
Zašto je kontrola napetosti zatvorene{0}}petlje bitna u finim namotajima žice
Evolucija mašina za namotavanje zavojnica: 1900-te – danas
