陈志彤先生 丹纳赫传动有限公司应用工程经理
提高电机效率是一个非常复杂的问题,是结构设计、材料和工艺等多项措施综合作用的结果。作为直线电机的重要供应商,丹纳赫传动有限公司在高效电机的生产方面有着丰富的经验。其旗下的Kollmorgen就拥有多项设计和制造高效电机的专利技术,现仅以定子槽数和转子极数的合理匹配以及具有专利的绕线方式为例加以说明。
合理匹配定子槽数和转子极数
Kollmorgen的专家们在提高电机效率方面进行了大量实验,结论表明合理匹配定子槽数和转子极数可以提高输出转矩,降低转矩纹波,进而提高电机效率。下表中的一组数据可以说明合理匹配定子槽数和转子极数带来的收益。
图1 传统的叠形绕线方式
很明显,相对于36槽/48极的组合,36槽/38极的组合电机不仅具有较大的转矩输出,而且齿槽转矩纹波和转矩谐波也都有所降低。
此外,合理匹配定子槽数和转子极数还可以降低因电机制造和装配精度对齿槽转矩的影响。实验数据显示与30/40的组合相比,36/46的组合对气隙的敏感程度明显降低,因此,其对装配精度的要求也相应降低。所以,采用该组合的电机因装配精度的降低而产生的转矩纹波也相应较小。
图2 Kollmorgen申请了专利的单槽绕线方式
独特的绕线方式提高电机效率
为了减少电机线圈消耗的无功功率,Kollmorgen改进了传统电机的绕线方式。传统绕线方式为叠形绕组,如图1所示,图中只有16部分是产生转矩的,而12和14部分是多余的,他们增加了绕线长度和绕组电阻,降低了电机的转矩密度。而且跨界部分越长,产生的热量越多,浪费的能量就越多。
Kollmorgen专利的单槽绕线方式就避免了上述弊端。所谓的单槽绕线如图2所示,其减少了槽间的绕线长度,降低了绕组电阻,而且还减少了电机发热。另外,此绕线方式便于自动绕线机绕线,绕组密度更大,单槽内可以容纳更多匝数,提高了电机的转矩密度,同时也可避免线圈因磨损而产生的短路现象。
定子极数与槽数的匹配关系
磁性材料的选择
除上述专利技术外,磁性材料的选择对于提高电机效率也有着非常重要的作用。高磁能积的钕铁硼和高磁能积高温度的钐钴等稀土材料的应用,都大大缩小了电机转子的体积,使电机转动惯量可以减小,转矩密度大幅提高,动态响应能力也得以提升。
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