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两种直驱电机的工作原理

2018-08-06 10:23编辑:ranaldlearning.com人气:


所谓直驱就是将新型旋转电机或直线电机直接耦合或连接到从动负载上实现驱动。由于取消了传统系统中的许多中间环节,如皮带或链条或钢丝绳和齿轮箱等部件,结构大大简化,从而使整个系统具有高效低耗、高速高精度、高可靠免维护、高刚度快响应、无需润滑、运行安静等优点。

直驱技术被国外工业界称之为现代驱动技术中的先进方法和技术,被越来越多地应用到各行业中。作为直驱技术最主要和关键的部分即为直驱式旋转电机(DDR)和直驱式直线电机(DDL),它不是简单的将旋转电机或直线电机搬到系统中去,而是要将这两种电机根据不同的系统和工况进行系统的创新设计。本文技术正是完成了创新设计的(DDR)和(DDL),实现了直驱,取得了明显的高效节能效果。本文就该技术所完成的一系列成果中的1例DDR(DDR1)和2例DDL(DDL1、DDL2)作一介绍。

直驱式旋转电机(DDR1)的基本原理与结构

直驱式旋转电机(DDR1)的基本原理与结构是采用永磁的方式,并设计了专门的盘面电机,同时 充分利用了外转子式结构两端面的空间,将两个盘面电机的定子与外转子式结构的定子固定在一起,两个盘面电机的转子盘与外转子式结构的转子筒构成一个三维封闭的外转子。在同样的空间体积下,这种复式结构较单个外转子式结构和单个盘形结构的电机能产生更大的电磁转矩。复式永磁同步电动机的整体结构如图1所示。

两种直驱电机的工作原理

从图1可见,直驱复式三维永磁电机由三组相对独立的定、转子组复合而成,可以视为一个圆筒形的外转子式永磁电机与两个圆盘形的轴向磁通永磁电机合成的结构。但三者之间不是完全独立的,它们是相互影响、相互作用的统一体。要使直驱复式三维永磁电机能转动并输出转矩,必须使三个定转子组形成的三个电磁系统协调一致。根据直接驱动抽油机的结构条件, 复合式三维永磁电机必须满足低速大力矩的驱动要求。在复合式三维永磁电机的研发中,我们解决了以下几个关键技术问题即:

①双盘面电机与外转子电机的结构设计问题

②复合永磁同步电机的起动、正、反转的稳定运行问题

③复合式三维永磁电机的全新计算方法和设计程序 该电机的创新在于:

研发了全新的复式电机结构形式,使电机的功率密度达到最大化 全新的电磁场分布形式,使电机的机电能量变换达到最佳化

直驱式直线电机(DDL1、DDL2)的基本原理与结构

直驱式直线电机DDL1主要是为悬挂输送系统开发的,这种电机在系统中必须满足以下条件:

1)扁平型结构,限定体积

2)单向运行,频繁起动,运行时间秒级;

3)起动电流要小于同容量电机,冲击小、响应快;

4)结构简单成本低、重量轻;

单相直线感应电机具有多种不同结构,适用于不同场合。若要满足以上条件,需要采用结构最简单的2 极电容运行电机,其主副相线圈都只有一个,由于系统运行速度不快,因此电机极距较小,限制了槽宽的大小,为了放置线圈初级铁芯需大大增加槽高,槽高/槽宽比普通电机大,称之为深槽结构。通过特深槽结构亦可提高启动力矩。本项目电机主要解决了以下几个问题:

1)采用深槽式结构与分层绕组加大启动力矩

2)运用场路结合方法完成电机设计与全面优化,达到单位体积推力最大化。

3)电机整体塑封,整体性强,绝缘性好。 直驱式直线电机(DDL1结构见图2

两种直驱电机的工作原理

直驱式直线电机DDL2主要是为食品切片机与电梯门机开发的,这些系统的直驱式直线电机要具备调速范围宽、推力密度大、推力稳定响应快等特点,而现有直线电机往往会遇到体积过大、推力不足、推力波动大、响应慢、温升过高等问题,这些问题对直驱式直线电机的设计提出了更高的要求。本直驱式直线电机DDL2由基本的动子(初级)和定子(次级)两部分结构组成。定子部分主要由永磁体、导磁体和不锈钢套管构成,永磁体采用轴向充磁方式。动子部分由三相电枢绕组、绕组骨架以及机壳构成。绕组采用空心饼式线圈形式,它直接绕制在骨架槽内,槽满率高,无端部,铜材利用率高,铜耗小,电机节能效果更好。圆筒型永磁直线同步电机拓扑结构如图3所示。

两种直驱电机的工作原理

该电机通过无槽空心式线圈结构、永磁体的合理排列以及整体优化设计使该电机具有以下特点:

1) 结构简单,制造方便,可靠性高,易维护,节省材料,成本低。

2) 电机速度可调,调速范围宽,可控性好。

3) 输出推力平稳,推力与交轴电流成正比,线性度高,可控性好。

4) 动子惯量小,动态响应快。

5) 不产生径向推力,运行摩擦力小,系统效率高。

6) 电机外壳集成散热片,在正常运行环境与运行状态下,可以实现自然冷却。

7) 集成位置检测器,用户使用更加方便,成本大大降低。

2.实施与应用效果 DDR1的实施与应用效果
(来源:pc蛋蛋)

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