Różnica w wydajności silnika 1: prędkość/moment obrotowy/rozmiar
Na świecie istnieje wiele rodzajów silników. Duży silnik i mały silnik. Silnik, który porusza się tam i z powrotem zamiast się obracać. Silnik, który na pierwszy rzut oka nie jest oczywisty, dlaczego jest tak drogi. Jednak wszystkie silniki są wybierane z jakiegoś powodu. Jaki więc rodzaj silnika, wydajność lub cechy powinien mieć Twój idealny silnik?
Celem tej serii jest dostarczenie wiedzy na temat wyboru idealnego silnika. Mamy nadzieję, że okaże się ona pomocna przy wyborze silnika. Mamy również nadzieję, że pomoże ona ludziom poznać podstawy motoryzacji.
Wyjaśnienie różnic w wydajności zostanie podzielone na dwie oddzielne sekcje w następujący sposób:
Prędkość/Moment obrotowy/Rozmiar/Cena ← Elementy, które omówimy w tym rozdziale
Dokładność prędkości/płynność/żywotność i łatwość konserwacji/generowanie pyłu/wydajność/ciepło
Generowanie energii/wibracje i hałas/środki zaradcze dotyczące spalin/środowisko użytkowania
1. Oczekiwania wobec silnika: ruch obrotowy
Silnik to zazwyczaj silnik, który uzyskuje energię mechaniczną z energii elektrycznej, a w większości przypadków oznacza silnik, który uzyskuje ruch obrotowy. (Istnieje również silnik liniowy, który uzyskuje ruch prostoliniowy, ale tym razem go pominiemy).
Jaki więc obrót chcesz uzyskać? Czy chcesz, żeby obracał się z dużą siłą jak wiertarka, czy raczej słabo, ale z dużą prędkością jak wentylator elektryczny? Koncentrując się na różnicy w pożądanym ruchu obrotowym, dwie właściwości: prędkość obrotowa i moment obrotowy stają się istotne.
2. Moment obrotowy
Moment obrotowy to siła obrotowa. Jednostką momentu obrotowego jest N·m, ale w przypadku małych silników powszechnie stosuje się mN·m.
Silnik został zaprojektowany na różne sposoby, aby zwiększyć moment obrotowy. Im więcej zwojów drutu elektromagnetycznego, tym większy moment obrotowy.
Ponieważ liczba uzwojeń jest ograniczona przez stały rozmiar cewki, stosuje się drut emaliowany o większej średnicy.
Nasza seria silników bezszczotkowych (TEC) o średnicach 16 mm, 20 mm i 22 mm oraz 24 mm, 28 mm, 36 mm i 42 mm, dostępna w 8 wariantach o średnicy zewnętrznej 60 mm. Ponieważ średnica cewki rośnie wraz ze średnicą silnika, możliwe jest uzyskanie wyższego momentu obrotowego.
Silne magnesy służą do generowania dużych momentów obrotowych bez zmiany rozmiaru silnika. Magnesy neodymowe są najsilniejszymi magnesami trwałymi, a następnie magnesy samarowo-kobaltowe. Jednak nawet użycie tylko silnych magnesów spowoduje wyciek siły magnetycznej z silnika, a wyciekająca siła magnetyczna nie wpłynie na moment obrotowy.
Aby w pełni wykorzystać silne pole magnetyczne, laminuje się je cienką, funkcjonalną warstwą materiału zwaną płytką ze stali elektromagnetycznej, co ma na celu optymalizację obwodu magnetycznego.
Co więcej, ponieważ siła magnetyczna magnesów samarowo-kobaltowych jest odporna na zmiany temperatury, użycie magnesów samarowo-kobaltowych umożliwia stabilne napędzanie silnika w środowisku, w którym występują duże zmiany temperatury lub wysokie temperatury.
3. Prędkość (obroty)
Liczba obrotów silnika jest często nazywana „prędkością”. Jest to wydajność określająca, ile razy silnik obraca się w jednostce czasu. Chociaż „obr./min” jest powszechnie używane jako liczba obrotów na minutę, w układzie SI jest również wyrażane jako „min-1”.
W porównaniu z momentem obrotowym, zwiększenie liczby obrotów nie jest technicznie trudne. Wystarczy zmniejszyć liczbę zwojów cewki, aby zwiększyć liczbę zwojów. Ponieważ jednak moment obrotowy maleje wraz ze wzrostem liczby obrotów, ważne jest spełnienie wymagań zarówno dotyczących momentu obrotowego, jak i liczby obrotów.
Ponadto, w przypadku zastosowań o dużej prędkości, najlepiej zastosować łożyska kulkowe zamiast ślizgowych. Im wyższa prędkość, tym większy spadek oporu tarcia i krótsza żywotność silnika.
W zależności od dokładności wału, im wyższa prędkość, tym większy hałas i problemy związane z wibracjami. Ponieważ silnik bezszczotkowy nie ma ani szczotki, ani komutatora, generuje mniej hałasu i wibracji niż silnik szczotkowy (w którym szczotka styka się z obracającym się komutatorem).
Krok 3: Rozmiar
Jeśli chodzi o idealny silnik, jego rozmiar jest również jednym z ważnych czynników wpływających na wydajność. Nawet jeśli prędkość (liczba obrotów) i moment obrotowy są wystarczające, nie ma sensu, jeśli nie da się go zamontować w produkcie finalnym.
Jeśli chcesz po prostu zwiększyć prędkość, możesz zmniejszyć liczbę zwojów drutu, nawet jeśli jest ona niewielka, ale bez minimalnego momentu obrotowego drut się nie obróci. Dlatego konieczne jest znalezienie sposobów na zwiększenie momentu obrotowego.
Oprócz zastosowania wspomnianych wyżej silnych magnesów, ważne jest również zwiększenie współczynnika wypełnienia uzwojenia. Wspomnieliśmy o zmniejszeniu liczby nawinięć drutu, aby zapewnić odpowiednią liczbę obrotów, ale nie oznacza to, że drut jest luźno nawinięty.
Zastosowanie grubych drutów zamiast zmniejszania liczby zwojów pozwala na przepływ dużych ilości prądu i uzyskanie wysokiego momentu obrotowego nawet przy tej samej prędkości. Współczynnik przestrzenny jest wskaźnikiem ciasnego nawinięcia drutu. Niezależnie od tego, czy zwiększamy liczbę cienkich, czy zmniejszamy liczbę grubych zwojów, jest to ważny czynnik wpływający na uzyskanie momentu obrotowego.
Ogólnie rzecz biorąc, wydajność silnika zależy od dwóch czynników: żelaza (magnes) i miedzi (uzwojenie).
Czas publikacji: 21 lipca 2023 r.
