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电机设计:电机效率(二)
来源:ballbet贝博在线 作者:BB贝博ballbet网页登录时间:2024-03-07 18:56:35 浏览:3

  传统上,电机设计存在两种方向:铜电机和铁电机。铜电机以电场作为电机转矩的主要来源,这涉及到电机转矩公式中的(I)和漆包线圈数(N),因此铜电机的设计通常需要较多的漆包线,这已经成为目前的主流设计趋势。相较之下,铁电机采用较大的硅钢片面积和较少的漆包线,利用空间尺寸来获得电机转矩。然而,由于铁电机的尺寸较大,单位面积的能量密度较低,因此并不受市场欢迎。

  因此,我们不难判断,铜电机的铜损比例较高,而铁电机则是铁损比例会较高。若查阅电机常用的导磁材料硅钢片,我们会发现铁损的标示上是以W/KG表示,这显示铁损与硅钢片的重量有关。因此,铁电机使用较大的硅钢片尺寸,也意味着硅钢片的重量较重,因此铁损较多。

  要降低铁损,一般的方法是硅钢片的更换方面着手;但对于电机设计者而言,首要的任务是确认硅钢片内部的磁场状态。在铁损方程式中,我们可以看到各种形式的能量损耗,并找出相对应的解决方案。然而,有一种不容忽视的隐性损耗就是漏磁。这种漏磁现象会导致电机转矩下降,甚至可能导致电磁波干扰。对于这种漏磁现象的解决方案有两种,其中最简单便是更换更大的硅钢片,这样与磁力线的接触面积更大,减少漏磁。

  而除了更换硅钢片外,还可以通过优化磁力线避免漏磁。观察下图,我们可以看到少数的磁力线偏离了常规路径,这就是我们一般意义上所说的漏磁。这种现象可能导致电机的转矩下降,甚至可能产生电磁波干扰。

  当硅钢片的磁通承载能力不足以负荷过多的磁力时,就可能导致漏磁的现象,为此,我们当然可以增大硅钢片的尺寸以使其能承载更多的磁力。但硅钢片的磁感强度是有限的,这正是近期电机设计中遇到的瓶颈,由于磁铁的磁力不断提升,设计师可以轻易地选择高磁力的磁铁,然而,硅钢片的承载能力却没有相对提升的选项。

  同时,磁阻力的理论告诉我们,磁力线总是倾向于选择最容易通过的路径。因此,当磁力线发现有比设计者规划的路径更好走的路径时,它就会改变方向。例如,在图中可以看到部分磁力线跨越了槽而不是沿着轭部绕一圈,这就好像在跑操场时,我们会选择穿越中间的草地,而不是走一大圈一样。虽然有时这种漏磁是无法避免的,但作为电机设计师,我们应通过调整电机磁场优化磁力线,努力减少漏磁的出现。

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