W tym rozdziale omówimy następujące kwestie:
Dokładność prędkości/płynność/żywotność i łatwość konserwacji/generowanie pyłu/sprawność/ciepło/wibracje i hałas/środki zaradcze dotyczące spalin/środowisko użytkowania
1. Żyroskopowość i dokładność
Gdy silnik jest napędzany ze stałą prędkością, przy dużej prędkości utrzymuje jednolitą prędkość zgodnie z bezwładnością, ale przy małej prędkości będzie się ona zmieniać w zależności od kształtu rdzenia silnika.
W przypadku silników bezszczotkowych z rowkiem, przyciąganie między zębami z rowkiem a magnesem wirnika będzie pulsować przy niskich prędkościach. Jednak w przypadku naszego silnika bezszczotkowego bez rowka, ponieważ odległość między rdzeniem stojana a magnesem jest stała na obwodzie (co oznacza, że magnetorezystancja jest stała na obwodzie), jest mało prawdopodobne, aby generowało ono tętnienia nawet przy niskich napięciach. Prędkość.
2. Żywotność, łatwość konserwacji i generowanie pyłu
Najważniejszymi czynnikami przy porównywaniu silników szczotkowych i bezszczotkowych są żywotność, łatwość konserwacji i generowanie pyłu. Ponieważ szczotka i komutator stykają się ze sobą podczas obrotu silnika szczotkowego, część stykowa nieuchronnie ulegnie zużyciu z powodu tarcia.
W rezultacie konieczna jest wymiana całego silnika, a kurz powstający w wyniku zużycia staje się problemem. Jak sama nazwa wskazuje, silniki bezszczotkowe nie mają szczotek, dzięki czemu charakteryzują się dłuższą żywotnością, łatwiejszą konserwacją i wytwarzają mniej pyłu niż silniki szczotkowe.
3. Wibracje i hałas
Silniki szczotkowe generują wibracje i hałas z powodu tarcia między szczotką a komutatorem, podczas gdy silniki bezszczotkowe tego nie robią. Silniki bezszczotkowe z rowkiem generują wibracje i hałas z powodu momentu obrotowego, natomiast silniki z rowkiem i silniki z pustą misą nie.
Stan, w którym oś obrotu wirnika odchyla się od środka ciężkości, nazywa się niewyważeniem. Podczas obrotu niewyważonego wirnika generowane są drgania i hałas, które nasilają się wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika.
4. Wydajność i wytwarzanie ciepła
Stosunek wyjściowej energii mechanicznej do wejściowej energii elektrycznej określa sprawność silnika. Większość strat, które nie przekształcają się w energię mechaniczną, przekształca się w energię cieplną, która powoduje nagrzewanie się silnika. Straty w silniku obejmują:
(1) Straty miedzi (straty mocy spowodowane rezystancją uzwojenia)
(2) Straty w żelazie (straty histerezowe rdzenia stojana, straty prądów wirowych)
(3) Straty mechaniczne (straty spowodowane oporem tarcia łożysk i szczotek oraz straty spowodowane oporem powietrza: straty spowodowane oporem wiatru)
Straty miedzi można zmniejszyć poprzez pogrubienie przewodu emaliowanego w celu zmniejszenia rezystancji uzwojenia. Jednakże, jeśli przewód emaliowany zostanie pogrubiony, uzwojenia będą trudne do zamontowania w silniku. Dlatego konieczne jest zaprojektowanie struktury uzwojenia odpowiedniej dla silnika poprzez zwiększenie współczynnika wypełnienia (stosunku długości przewodu do pola przekroju uzwojenia).
Im wyższa częstotliwość wirującego pola magnetycznego, tym większe straty w żelazie, co oznacza, że maszyna elektryczna o wyższej prędkości obrotowej będzie generować dużo ciepła z powodu strat w żelazie. Straty w żelazie, wynikające z prądów wirowych, można zmniejszyć poprzez pocienienie laminowanej blachy stalowej.
Jeśli chodzi o straty mechaniczne, silniki szczotkowe zawsze generują straty mechaniczne wynikające z oporu tarcia między szczotką a komutatorem, podczas gdy silniki bezszczotkowe ich nie generują. Jeśli chodzi o łożyska, współczynnik tarcia łożysk kulkowych jest niższy niż łożysk ślizgowych, co poprawia sprawność silnika. Nasze silniki wykorzystują łożyska kulkowe.
Problem z ogrzewaniem polega na tym, że nawet jeśli w danym zastosowaniu nie ma ograniczeń co do samego ciepła, ciepło wytwarzane przez silnik obniży jego wydajność.
Gdy uzwojenie się nagrzewa, wzrasta rezystancja (impedancja), co utrudnia przepływ prądu, co skutkuje spadkiem momentu obrotowego. Ponadto, gdy silnik się nagrzewa, siła magnetyczna magnesu maleje w wyniku rozmagnesowania termicznego. Dlatego nie można ignorować wytwarzania ciepła.
Ponieważ magnesy samarowo-kobaltowe charakteryzują się mniejszym rozmagnesowaniem termicznym pod wpływem ciepła niż magnesy neodymowe, magnesy samarowo-kobaltowe wybiera się do zastosowań, w których temperatura silnika jest wyższa.
Czas publikacji: 21 lipca 2023 r.
