Шумовые и вибрационные характеристики часто являются решающим фактором междусосредоточенная и распределенная обмоткакак только конструкция двигателя выйдет за рамки небольших,-высокоскоростных приложений -дробно-щелевая сосредоточенная обмоткамакет, который вполне приемлем в легкомобмотка двигателя дронаможет создавать неприемлемый акустический шум в более крупном,-медленно вращающемся промышленном или автомобильном двигателе.
Основной причиной являются гармоники магнитного поля: более простая конструкция катушки концентрированной обмотки создает менее синусоидальное поле, чем распределенная обмотка, и эти дополнительные гармоники непосредственно преобразуются в пульсации крутящего момента и слышимый шум, когда размер двигателя и требования к крутящему моменту увеличиваются.
Ниже мы рассмотрим, почему это происходит, гармоническую математику, лежащую в основе этого, а также реальный-пример из мира.обмотка двигателя с осевым магнитным потокомконструкция и то, что каждый тип обмотки требует от машины, которая ее производит.
I. Почему тип обмотки влияет на шум и вибрацию двигателя?
Каждая схема обмотки создает сигнал магнитодвижущей силы (MMF), который не является идеально синусоидальным, и гармонический состав этого сигнала -, а не только основное поле -, является причиной пульсаций крутящего момента и слышимого шума.
а. как возникают гармоники ММП
Не-структура катушки концентрированной обмотки по своей сути создает менее синусоидальное распределение MMF вокруг воздушного зазора, внося пространственные гармоники более высокого-порядка, которые в значительной степени компенсируются перекрывающимися группами катушек распределенной обмотки.
б. почему это имеет большее значение, поскольку двигатели становятся больше и медленнее
Гармоники более высокого-порядка преобразуются в пульсации крутящего момента на частотах, связанных со скоростью двигателя и числом полюсов - в небольших, высокоскоростных-двигателях эти пульсации возникают на частотах, которые в основном выходят за пределы слышимого диапазона или ниже порога заметной вибрации, но в более крупных, медленных промышленных и тяговых двигателях те же гармоники попадают прямо в ощутимые акустические и вибрационные диапазоны.
II. Как количественно оценить гармонический состав обмотки?
Коэффициент обмотки — это не просто одно число для основного поля -, его можно рассчитать для каждого порядка гармоник, и сравнение основного коэффициента обмотки с коэффициентами гармонической обмотки показывает, насколько «чистым» на самом деле является распределение поля обмотки.
Формула коэффициента гармонической обмотки:
kwn=kdn × kpn
Где:
знать= коэффициент обмотки для гармоники порядка n
кдн= коэффициент распределения для порядка гармоники n=sin(n×q×/2) / (q×sin(n×/2))
кпн= коэффициент шага для порядка гармоники n=sin(n×/2), где — шаг катушки, выраженный как доля электрического угла.
Рабочий пример:для той же 24-слотовой 4-полюсной распределенной обмотки, используемой в качестве базовой линии (q=2,=30 степень), сравнение основной гармоники (n=1) с 5-й гармоникой (n=5):
Основной принцип: kd1=sin(2×15 градусов) / (2×sin 15 градусов) ≈0.966(как рассчитано ранее)
5-я гармоника: kd5=sin(5×2×15 градусов) / (2×sin(5×15 градусов))=sin(150 градусов) / (2×sin 75 градусов)=0.5 / (2×0,966) ≈0.259
а. что показывает это сравнение
Низкий коэффициент обмотки гармоник (0,259 для 5-й гармоники здесь) означает, что распределенная обмотка активно подавляет вклад этой гармоники в поле -. Это математическая причина, по которой распределенная обмотка создает более плавный крутящий момент, а не просто общее предпочтение конструкции.
б. почему концентрированная обмотка не получает такого же подавления
Дробные-схемы обмотки с концентрированной концентрацией пазов обычно сохраняют более высокие коэффициенты намотки в более широком диапазоне порядков гармоник, поскольку не-расположение катушек с неперекрывающимися обмотками не создает такого же эффекта-группового подавления фаз -, что является прямым компромиссом между преимуществами изготовления и компактности.
III. Как это проявляется в реальной конструкции двигателя с осевым магнитным потоком?
Обмотка двигателя с осевым магнитным потокомПроектирование — это хорошая-иллюстрация того, как из реальной жизни решается компромисс между концентрированным- и-распределенным моментом, когда пульсации крутящего момента действительно важны для приложения.
а. пример: проектное решение тягового двигателя с осевым магнитным потоком
Рассмотрим двигатель с осевым магнитным потоком, разработанный для легкого электромобиля или высокопроизводительного электронного-велосипеда, где группа разработчиков первоначально оценивает концентрированную обмотку с дробными-пазами из-за ее короткой осевой длины и простоты изготовления.
При нагрузочных испытаниях пульсации крутящего момента и слышимый вой в определенных диапазонах скоростей подталкивают конструкцию к модифицированной распределенной или гибридной схеме обмотки -, в которой преимущество компактности частично отменяется на более плавную передачу крутящего момента, как того требуют требования к качеству езды и уровню шума.
Такое изменение обмотки в середине-разработки гораздо легче принять, если само намоточное оборудование достаточно гибкое, чтобы работать с обеими топологиями без полной переоборудования.
Сталкиваетесь с аналогичным компромиссом в своей собственной двигательной программе? Свяжитесь с нашей командой инженеров, чтобы обсудить конфигурации намоточных машин, которые поддерживают как концентрированную, так и распределенную компоновку на одной линии.
б. почему геометрия осевого потока усиливает этот компромисс
Двигатели с осевым магнитным потоком имеют более короткий магнитный путь и большую эффективную площадь воздушного зазора по сравнению с конструкциями с радиальным магнитным потоком, что приводит к тому, что гармонические-пульсации крутящего момента становятся более заметными -. Это структурная причина, по которой в этой топологии при разработке используется больше экспериментов с обмотками-типа, чем у обычных двигателей с радиальным магнитным потоком.
IV. Когда в конструкции двигателя BLDC следует отдавать приоритет распределенной обмотке?
Для большинстваОбмотка двигателя BLDCВ приложениях распределенная обмотка становится лучшим выбором, если применяется одно или несколько из этих условий.
| Состояние | Почему распределенная обмотка помогает |
|---|---|
| Предельные уровни звукового шума (бытовой или автомобильный) | Более низкое содержание гармоник снижает ощутимый акустический шум. |
| Высокоточное-управление крутящим моментом (робототехника, ЧПУ) | Более плавный выходной крутящий момент повышает точность позиционирования |
| Большой размер рамы/низкая скорость | Гармоники попадают в более ощутимые частотные диапазоны. |
| Промышленное использование с длительным рабочим циклом-цикла | Снижение вибрации увеличивает срок службы подшипников и механическую долговечность. |
а. когда концентрированная обмотка остается лучшим компромиссом
Приложения, в которых приоритет отдается удельной мощности, компактной осевой длине и высокой-эффективности массового производства - дронов, электродвигателей-ступиц для электронных велосипедов, небольших приводов -, как правило, по-прежнему отдают предпочтение концентрированной обмотке, поскольку гармонический-шум и пульсации гораздо менее существенны в их масштабе и диапазоне скоростей.
б. почему гибридные подходы становятся все более распространенными
В некоторых современных конструкциях двигателей используются модифицированные или гибридные схемы обмотки, которые заимствуют характеристики обоих подходов, стремясь сохранить большую часть простоты изготовления концентрированной обмотки, одновременно подавляя определенные порядки гармоник, наиболее ответственные за слышимый шум.
V. Что это означает для требований к намоточным машинам?
Поскольку гармонические характеристики в основном зависят от размещения катушки и точности витков, точность намоточной машины напрямую влияет на то, насколько точно готовый двигатель соответствует расчетному коэффициенту намотки - как для сосредоточенной, так и для распределенной компоновки.
| Возможности машины | Почему это важно для контроля гармоник |
|---|---|
| Повышает-точность подсчета оборотов | Неравномерные витки между катушками создают асимметрию, которая добавляет непреднамеренные гармоники. |
| Постоянный контроль напряжения | Неравномерная форма катушки искажает предполагаемое распределение MMF. |
| Программируемый шаг катушки (распределенная обмотка) | Точность коэффициента шага зависит от точного и повторяемого размещения катушки. |
| Гибкая оснастка для обоих типов намотки. | Поддерживает итерацию проекта без полной замены линии. |
а. почему автоматическая машина для обмотки статора имеет здесь большее значение, чем ожидалось
Анавтоматическая машина для намотки статорас плотными, повторяемыми витками и контролем натяжения не только улучшается стабильность производства -, но и напрямую защищается гармонические характеристики, для достижения которых была разработана обмотка, поскольку даже небольшие различия между витками-к-витушками между катушками могут вновь привести к появлению гармоник, для подавления которых была специально разработана схема намотки.
б. почему это имеет наибольшее значение во время проверки проекта
Конструкции двигателей, проходящие оценку типа обмотки-, описанную в приведенном выше примере осевого потока, выигрывают от оборудования, которое может создавать как концентрированные, так и распределенные прототипы с одинаковой точностью, поскольку нестабильное качество обмотки может маскировать или преувеличивать истинную разницу в гармонических характеристиках между двумя подходами во время испытаний.
VI. Какая машина KIOXIA поддерживает оба подхода к намотке?
Поскольку решения-типа обмотки часто меняются в ходе разработки двигателя, возможность производить как концентрированные, так и распределенные катушки с постоянными витками и точностью натяжения имеет реальную практическую ценность за пределами конечной производственной линии.
КИОКСИЯПлатформы статорных обмоток Light Ring Equipment Group созданы с точностью-подсчета витков и постоянством натяжения, необходимыми для защиты заданных гармонических характеристик конструкции обмотки, независимо от того, является ли окончательная компоновка дробной-концентрацией пазов или полностью распределенной.
Производители, работающие в соответствии с требованиями к производительности, изложенными вМЭК 60034-1, международный стандарт номинальных характеристик и производительности вращающихся электрических машин, зависит от повторяемости этого типа обмотки, чтобы обеспечить стабильное соответствие номинальной мощности на протяжении всего производственного цикла.
Для моторных программ, которые все еще оценивают топологию обмотки, работайте напрямую с опытным специалистом.производитель машин для намотки катушекИспользование гибких инструментов часто является наиболее практичным способом сохранить открытыми варианты проектирования посредством проверки.
Изучите полную линейку на сайте Transformercoilwindingmachine.com, чтобы найти решение для обмотки статора, соответствующее требованиям к шуму, вибрации и крутящему моменту вашего двигателя.
Вас может заинтересовать:
Руководство по регулировке натяжения обмотки ползунка
Обмотка сердечника и обмотка обмотки: ключевые различия в процессе изоляции трансформатора
Почему контроль натяжения в замкнутом-контуре важен при намотке тонкой проволоки
Эволюция машин для намотки катушек: 1900-е годы – наши дни
