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无槽和开槽电动机的比较

2019-09-12 点击:1794

01: 53: 42传感应用

传统的开槽定子设计使用齿将电磁通量聚焦到转子磁体上并减小磁路中的整体气隙。每相通常有多个牙齿。开槽电机是主要的电机拓扑结构,因为它们在扭矩输出,电机常数,效率和可制造性之间提供了良好的平衡。对于给定的电动机尺寸,开槽电动机通常产生最高的电动机常数(转矩/瓦特1/2)。它们还具有高效率和高加速度,并且惯性最小。

如上所述,定子齿之间的空间允许插入电磁相线。槽是齿槽转矩的主要原因,因为当磁铁穿过每个槽时它们产生不连续的磁导率。标准做法是使定子齿或转子磁铁倾斜或错开,以使齿槽转矩的基频最小化。

定子的齿和槽清晰可见。偏斜模式有助于通过偏斜使齿槽转矩最小化,从而补偿齿槽转矩的基频。

完美的永磁无刷电机具有正弦扭矩输出,角度无谐波失真。无槽电机最接近这个目标。无槽定子不包括定子齿或其相应的槽。相线圈在空间上围绕定子定向,以形成电动机操作所需的电磁相位关系。当通电时,线圈产生类似于开槽电动机的电磁场,但导致扭矩对角度曲线是正弦曲线。由于没有带有相应槽的齿,因此齿槽转矩为零。

无槽电机采用机械分立磁铁设计

无槽电机转子设计有单片环形磁铁

对于无槽电机,所有扭矩都是施加在绕组上的电流的函数。这简化了伺服控制系统并允许更平稳的操作。电动机还具有比开槽对应物明显更好的Kt线性度。

无槽设计中的一个考虑因素是由于定子齿的移除而在转子和定子之间产生大的磁气隙。对于给定尺寸的电动机,这导致较低的磁通密度和相应较低的转矩输出。无槽设计的扭矩输出通常是同等尺寸开槽电机的70-75%,Celera Motion优化了许多Agility系列电机设计,最高可达85%。如果平滑度至关重要,则无槽技术是首选,但如果连续扭矩是最关键的要求,则开槽电机可能是更好的解决方案。

旋转电机的基本输出是扭矩,其是电流和位置的函数。用于分析此现象的最常用方法是扭矩和角度曲线。扭矩和角度曲线描绘了电机扭矩输出,包括齿槽转矩,这是预测应用中电机性能的最接近的品质因数。扭矩和角度之间的关系可以通过在手动旋转转子并测量扭矩传感器产生的扭矩的同时激励电机相位来测量。

所有无刷永磁电动机都具有扭矩和角度曲线,其通常为正弦曲线形状。它通常包含几个谐波。齿槽转矩是显着谐波失真的原因之一。这种失真会在电机运行期间产生转矩波动,并可能影响速度波动。

下面的图4和图5说明了齿槽转矩是开槽和无槽电机技术之间的关键差异。图4清楚地表明,当开槽电机未以其全额定转矩运行时,齿槽效应是输出的相对百分比,并且转矩波动明显更高。从图5中可以很容易地看出,扭矩和角度曲线之间的齿槽转矩为零。

紫色曲线是理论正弦扭矩和角度之间的关系。绿色曲线是齿槽转矩的折衷。红色曲线是齿槽转矩,蓝色曲线是所有三个相一起工作的转矩。为便于显示,所有值均已标准化为1。该示例具有在额定电动机转矩的5%处的齿槽转矩。

曲线重叠。

开槽电机适用于高扭矩密度和高加速度,而无槽电机最适合在伺服控制系统中运行时平稳运行和良好的Kt线性度。

齿槽转矩将随着不同的电动机设计而变化很大,并且通常采取步骤以使其影响最小化,例如使磁体或定子叠片偏斜。这两种技术都提供了大型通孔,可用于薄型直接驱动应用。

开槽和无槽电机关键性能特点综述。

传统的开槽定子设计使用齿将电磁通量聚焦到转子磁体上并减小磁路中的整体气隙。每相通常有多个牙齿。开槽电机是主要的电机拓扑结构,因为它们在扭矩输出,电机常数,效率和可制造性之间提供了良好的平衡。对于给定的电动机尺寸,开槽电动机通常产生最高的电动机常数(转矩/瓦特1/2)。它们还具有高效率和高加速度,并且惯性最小。

如上所述,定子齿之间的空间允许插入电磁相线。槽是齿槽转矩的主要原因,因为当磁铁穿过每个槽时它们产生不连续的磁导率。标准做法是使定子齿或转子磁铁倾斜或错开,以使齿槽转矩的基频最小化。

定子的齿和槽清晰可见。偏斜模式有助于通过偏斜使齿槽转矩最小化,从而补偿齿槽转矩的基频。

完美的永磁无刷电机具有正弦扭矩输出,角度无谐波失真。无槽电机最接近这个目标。无槽定子不包括定子齿或其相应的槽。相线圈在空间上围绕定子定向,以形成电动机操作所需的电磁相位关系。当通电时,线圈产生类似于开槽电动机的电磁场,但导致扭矩对角度曲线是正弦曲线。由于没有带有相应槽的齿,因此齿槽转矩为零。

无槽电机采用机械分立磁铁设计

无槽电机转子设计有单片环形磁铁

对于无槽电机,所有扭矩都是施加在绕组上的电流的函数。这简化了伺服控制系统并允许更平稳的操作。电动机还具有比开槽对应物明显更好的Kt线性度。

无槽设计中的一个考虑因素是由于定子齿的移除而在转子和定子之间产生大的磁气隙。对于给定尺寸的电动机,这导致较低的磁通密度和相应较低的转矩输出。无槽设计的扭矩输出通常是同等尺寸开槽电机的70-75%,Celera Motion优化了许多Agility系列电机设计,最高可达85%。如果平滑度至关重要,则无槽技术是首选,但如果连续扭矩是最关键的要求,则开槽电机可能是更好的解决方案。

旋转电机的基本输出是扭矩,其是电流和位置的函数。用于分析此现象的最常用方法是扭矩和角度曲线。扭矩和角度曲线描绘了电机扭矩输出,包括齿槽转矩,这是预测应用中电机性能的最接近的品质因数。扭矩和角度之间的关系可以通过在手动旋转转子并测量扭矩传感器产生的扭矩的同时激励电机相位来测量。

所有无刷永磁电动机都具有扭矩和角度曲线,其通常为正弦曲线形状。它通常包含几个谐波。齿槽转矩是显着谐波失真的原因之一。这种失真会在电机运行期间产生转矩波动,并可能影响速度波动。

下面的图4和图5说明了齿槽转矩是开槽和无槽电机技术之间的关键差异。图4清楚地表明,当开槽电机未以其全额定转矩运行时,齿槽效应是输出的相对百分比,并且转矩波动明显更高。从图5中可以很容易地看出,扭矩和角度曲线之间的齿槽转矩为零。

紫色曲线是理论正弦扭矩和角度之间的关系。绿色曲线是齿槽转矩的折衷。红色曲线是齿槽转矩,蓝色曲线是所有三个相一起工作的转矩。为便于显示,所有值均已标准化为1。该示例具有在额定电动机转矩的5%处的齿槽转矩。

曲线重叠。

开槽电机适用于高扭矩密度和高加速度,而无槽电机最适合在伺服控制系统中运行时平稳运行和良好的Kt线性度。

齿槽转矩将随着不同的电动机设计而变化很大,并且通常采取步骤以使其影响最小化,例如使磁体或定子叠片偏斜。这两种技术都提供了大型通孔,可用于薄型直接驱动应用。

开槽和无槽电机关键性能特点综述。

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