Часто вирішальним фактором є рівень шуму та вібраціїзосереджена і розподілена обмоткаяк тільки конструкція двигуна виходить за межі малих, високошвидкісних-додатків - адробова щілинна зосереджена обмоткамакет, який цілком прийнятний у легкій вазіобмотка двигуна дронаможе створювати неприйнятний акустичний шум у більшому, повільніше{0}}обертаючому промисловому або автомобільному двигуні.
Основною причиною є гармоніки магнітного поля: простіша схема котушки зосередженої обмотки створює менше синусоїдального поля, ніж розподілена обмотка, і ці додаткові гармоніки безпосередньо перетворюються на пульсації крутного моменту та звуковий шум, коли розмір двигуна та вимоги до крутного моменту збільшуються.
Нижче ми пояснимо, чому це відбувається, гармонічну математику, що стоїть за цим, реальний-приклад ізобмотка двигуна з осьовим потокомдизайн, а також те, що кожен тип намотування вимагає від машини, яка його виробляє.
I. Чому тип обмотки впливає на шум і вібрацію двигуна?
Кожна схема обмотки виробляє форму хвилі магніторушійної сили (MMS), яка не є абсолютно синусоїдальною, і гармонійний вміст у цій формі хвилі -, а не лише фундаментальне поле -, є тим, що створює пульсації крутного моменту та чутний шум.
a. як виникають гармоніки MMF
Структура котушки зосередженої обмотки, яка не-накладається, створює менш синусоїдальний розподіл MMF навколо повітряного зазору, вводячи просторові гармоніки вищого-порядку, які групи котушок, що перекриваються, значною мірою компенсуються.
b. чому це має більше значення, оскільки двигуни стають більшими та повільнішими
Гармоніки вищого-порядку перетворюються на пульсації крутного моменту на частотах, пов’язаних зі швидкістю двигуна та кількістю полюсів - у малих високошвидкісних-двигунах ці пульсації відбуваються на частотах, які значною мірою виходять за межі чутного діапазону або нижче порогу помітної вібрації, але у більших, повільніших промислових і тягових двигунах ті самі гармоніки прямо потрапляють у відчутний звук і вібрацію діапазони.
II. Як кількісно визначити гармонійний вміст обмотки?
Коефіцієнт намотування — це не просто одне число для основного поля -, його можна обчислити для кожного гармонічного порядку, і порівняння основного коефіцієнта намотування з коефіцієнтами гармонічного намотування показує, наскільки «чистим» насправді є розподіл поля обмотки.
Формула коефіцієнта гармонічної обмотки:
kwn=kdn × kpn
Де:
kwn= коефіцієнт намотування для гармонічного порядку n
kdn= коефіцієнт розподілу для гармонічного порядку n=sin(n×q× /2) / (q×sin(n× /2))
kpn= коефіцієнт кроку для гармонічного порядку n=sin(n× /2), де крок котушки, виражений як частка електричного кута
Спрацьований приклад:для тієї ж 24-слотової 4-полюсної розподіленої обмотки, яка використовується як базова лінія (q=2,=30 градус), порівнюючи основну (n=1) із 5-ю гармонікою (n=5):
Фундаментальний: kd1=sin(2×15 градусів ) / (2×sin 15 градусів ) ≈0.966(як розраховано раніше)
5-та гармоніка: kd5=sin(5×2×15 градусів) / (2×sin(5×15 градусів))=sin(150 градусів) / (2×sin 75 градусів)=0.5 / (2×0,966) ≈0.259
a. що показує це порівняння
Низький коефіцієнт гармонічної обмотки (0,259 для 5-ї гармоніки тут) означає, що розподілена обмотка активно пригнічує внесок цієї гармоніки в поле - це математична причина, через яку розподілена обмотка створює більш плавний крутний момент, а не лише загальні переваги конструкції.
b. чому зосереджена обмотка не отримує такого самого скасування
Розташування обмоток із зосередженими-частковими пазами зазвичай зберігає вищі коефіцієнти намотування в ширшому діапазоні гармонійних порядків, оскільки розташування котушок-неперекривання не створює того самого ефекту-групового скасування -, що є прямим компромісом для його переваг у виробництві та компактності.
III. Як це виглядає в реальному дизайні двигуна з осьовим потоком?
Обмотка осьового потоку двигунаДизайн є хорошою реальною-ілюстрацією того, як концентрований-проти-розподілений компроміс вирішується, коли коливання крутного моменту справді має значення для програми.
a. приклад: конструктивне рішення осьового тягового двигуна
Розглянемо двигун із осьовим потоком, розроблений для легкого електромобіля чи високо-е-е-велосипеда, де команда дизайнерів спочатку оцінює обмотку з дрібними-пазами на її коротку осьову довжину та просте виготовлення.
Під час випробування навантаженням коливання крутного моменту та чутне скиглення в певних діапазонах швидкості підштовхують конструкцію до модифікованої розподіленої або гібридної моделі намотування -, що замінює деякі переваги компактності на більш плавну передачу крутного моменту відповідно до вимог щодо якості їзди та шуму.
Такий вид-зміни намотування в середині розробки набагато легше прийняти, коли саме обладнання намотування є достатньо гнучким, щоб працювати з обома топологіями без повного переобладнання.
Стикаєтеся з подібним компромісом щодо вашої власної рухової програми? Зверніться до нашої команди інженерів, щоб обговорити конфігурації намотувальних машин, які підтримують як зосереджену, так і розподілену компонування на одній лінії.
b. чому геометрія осьового потоку підсилює цей компроміс
Двигуни з осьовим потоком мають коротший магнітний шлях і більшу ефективну площу повітряного зазору порівняно з конструкціями з радіальним потоком, що має тенденцію робити пульсації гармонійного-крутного моменту більш відчутними - структурна причина, чому ця топологія піддається більшому обмоту-типу експериментів під час розробки, ніж звичайні двигуни з радіальним потоком.
IV. Коли конструкція двигуна BLDC повинна надавати пріоритет розподіленій обмотці?
Для більшостіОбмотка двигуна BLDCзастосування, розподілена обмотка стає кращим вибором, якщо виконується одна або більше з цих умов.
| Хвороба | Чому допомагає розподілена обмотка |
|---|---|
| Обмеження звукового шуму (споживчий або автомобільний) | Менший вміст гармонік зменшує відчутний акустичний шум |
| Високо{0}}точне керування крутним моментом (робототехніка, ЧПК) | Більш плавна передача крутного моменту покращує точність позиціонування |
| Великий розмір кадру / низька швидкість | Гармоніки потрапляють у більш помітні діапазони частот |
| Довгий{0}}цикл промислового використання | Зменшена вібрація покращує опорну та механічну довговічність |
a. коли зосереджена обмотка залишається кращим компромісом
Застосування, у яких пріоритетом є щільність потужності, компактна осьова довжина та висока-ефективність виробництва - двигуни дронів, електро-двигуни втулки для електровелосипедів, невеликі приводи - загалом все ще віддають перевагу зосередженій обмотці, оскільки проблеми-зумовленого гармоніками шуму та пульсацій є набагато менш наслідковими в їхньому масштабі та діапазоні швидкості.
b. чому гібридні підходи стають все більш поширеними
У деяких сучасних конструкціях двигунів використовуються модифіковані або гібридні моделі обмоток, які запозичують характеристики обох підходів, прагнучи зберегти значну частину простоти виготовлення концентрованої обмотки, одночасно пригнічуючи конкретні гармонічні порядки, які найбільше відповідають за чутний шум.
V. Що це означає для вимог до намотувальних машин?
Оскільки гармонійні характеристики в основному є функцією розміщення котушки та точності витків, точність машини для намотування безпосередньо впливає на те, наскільки готовий двигун відповідає проектному коефіцієнту намотування - як для зосередженого, так і для розподіленого макетів.
| Можливості машини | Чому це важливо для гармонічного керування |
|---|---|
| Точність підрахунку-оборотів | Нерівномірні витки між котушками вносять асиметрію, яка додає небажані гармоніки |
| Послідовний контроль натягу | Нерівна форма котушки спотворює передбачуваний розподіл MMF |
| Програмований крок котушки (розподілена обмотка) | Точність коефіцієнта кроку залежить від точного повторюваного розташування котушки |
| Гнучкі інструменти для обох типів намотування | Підтримує ітерацію дизайну без повної зміни лінії |
a. чому автоматична машина для намотування статора тут має більше значення, ніж очікувалося
Анавтомат для намотування статораз щільними, повторюваними витками та контролем натягу не лише покращує послідовність виробництва - це безпосередньо захищає гармонічну продуктивність обмотки, для досягнення якої було розроблено, оскільки навіть невеликі варіації від-до-витка між котушками можуть знову вводити гармоніки, для усунення яких схема намотування була спеціально розроблена.
b. чому це найважливіше під час перевірки проекту
Конструкції двигунів, які проходять подібний тип оцінки обмотки-, описаний у прикладі осьового потоку вище, отримують користь від обладнання, яке може виробляти як зосереджені, так і розподілені прототипи з однаковою точністю, оскільки невідповідна якість обмоток може маскувати або перебільшувати справжню різницю гармонійних характеристик між двома підходами під час тестування.
VI. Яка машина KIOXIA підтримує обидва підходи намотування?
Оскільки рішення щодо-типу намотування часто змінюються під час розробки двигуна, здатність виробляти як зосереджені, так і розподілені котушки з постійними обертами й точністю натягу має реальну практичну цінність за межами кінцевої виробничої лінії.
КІОКСІЯПлатформи статорної обмотки Light Ring Equipment Group створені з-точності підрахунку витків і постійності натягу, необхідних для захисту запланованих гармонійних характеристик конструкції обмотки, незалежно від того, чи є остаточна схема з частковим-слотом або повністю розподілена.
Виробники працюють відповідно до вимог до продуктивності, викладених уIEC 60034-1, міжнародний стандарт для обертових електричних машин, рейтинг і продуктивність залежать від такого типу повторюваності обмотки, щоб відповідати номінальній потужності протягом усього виробничого циклу.
Для програм двигуна все ще оцінюють топологію намотування, працюючи безпосередньо з досвідченимвиробник намотувальної машинина гнучкі інструменти часто є найпрактичнішим способом зберегти варіанти дизайну відкритими через перевірку.
Ознайомтеся з повною лінійкою на transformercoilwindingmachine.com, щоб знайти рішення для обмотки статора, яке відповідає вимогам щодо шуму, вібрації та крутного моменту вашого двигуна.
Вас може зацікавити:
Інструкція з регулювання натягу намотування головки повзунка
Стрічка на сердечник проти котушки: ключові відмінності в процесі ізоляції трансформатора
Чому замкнутий{0}}контроль натягу важливий у тонкій обмотці дроту
Еволюція машин для намотування котушок: 1900-ті – сьогодні
