內置的永磁大幅度提高了伺服電機的性能

發布者: admin  時間:2021/3/30 10:30:25

  內置式永磁同步電機通過改進轉子設計,提高了磁通量密度,實現了高轉速下的高扭矩,使電機性能得到顯著改善。


  永磁同步電機,簡稱無刷伺服電機,是利用旋轉的磁轉子,產生所需的磁場,以產生有效的輸出扭矩。一般情況下,為了設計簡單,通常將磁鐵安裝在轉子周圍。與其他安裝方式相比,這種外置式磁體安裝方式在許多應用場合都能提供良好的動態性能,且成本較低。它被稱為表面永磁體(SPM)設計。





  系列無刷式電機,采用磁鐵埋式轉子。


  中慣量M系列(使用慣性盤進行慣量匹配)和低慣量B系列(未顯示)。它。


  該設備的選擇包括70hp以上型號的水冷設計。


  此外,在高性能無刷伺服電機方面,還可以采用內置永磁電機(IPM)、內嵌式永磁電機、內嵌式永磁電機和埋入式永磁電機等多種方案。無論人們稱之為什么結構,它實際上都是將磁鐵安裝在轉子結構的內部,以提高電機的扭矩-速度性能,改善電機的其他特性。本論文采用IPM技術對其進行命名。


  其電機轉子形狀的設計和磁鐵突極結構的設置,都是為了改善磁阻力矩特性,提高磁通密度。磁電阻轉矩可用于增加電機輸出轉矩,但這需要更復雜的伺服放大器和控制算法。該方法也可在適當的應用場合簡化轉子突極無傳感器反饋技術的應用。


  內磁結構有一個顯著的優點,那就是減小轉子直徑,減小轉動慣量。北美GEFanuc自動化公司的伺服產品經理PaulWebster指出:IPM伺服馬達的高速性能和高加速性能是使用內置稀土磁體(如釹鐵硼、Nd-Fe-B)的結果。Webster說:“在轉子中放置高磁密度的磁體可以優化轉子的結構,使通量分布盡可能接近正弦分布,而且由于電樞反應的作用,嵌入磁體結構的磁路飽和度也較低?!?/span>


  IPM設計的其他優點包括轉子的機械結構堅固,平衡度高。Webster解釋說,內置的磁鐵不會脫落或損壞,這使得電機可以高速轉動而不用擔心振動或轉子/軸承損壞。實際上,GEFanuc公司目前的Alphai系列伺服馬達的平均故障間隔時間已超過140萬小時,令人震驚。


  據Webster介紹,通過IPM設計,齒隙轉矩平均已降低到額定扭矩的0.05%,這一水平略優于磁體表面安裝式設計。這款IPM電機的典型應用是計算機數控機床的進給軸傳動,高速進給軸的高精度是控制的關鍵。齒隙轉矩小,可提高機械精度。


  磁表面的安裝或磁嵌入?


  系統工程師LeeStephens說:無刷伺服電機幾乎都是采用旋轉永磁體結構——無論是在轉子表面安裝一個磁體,還是埋置磁體。他說:“內置永磁體結構應用在大功率電機上,能得到更好的幾何形狀的磁密度分布?!?/span>


  平面永磁體的設計使轉子的結構更加簡單,而預成型的磁體只需將轉子簡單地圍繞在轉子周圍即可,這就是電機的磁通量來源。在低功率系統中,SPM設計的效費較好,尤其是對于NEMA34或更小規格的電機而言,尤其突出。相對地,IPM的設計可以使磁鐵成為轉子結構的一部分。Stephens說:“埋入式磁鐵設計中的磁體和轉子幾乎是一回事。但是,功率和磁通量密度是一對矛盾體,兩者必須相互協調。


  ”“表面安裝型磁鐵能產生高速磁場,從而獲得高轉速電機。而且IPM設計的代價是產生一個由不同磁場產生的時間常數,從而能夠產生高磁通量密度和高轉矩。盡管產生磁場需要一定的時間,但這并不影響IPM電機的高速運行。一般情況下,IPM電機的物理尺寸較大,但采用IPM和SPM設計的電機在尺寸和功率方面有很多重疊之處。


  電機的成本中,稀土永磁可能占很大一部分。SPM電機設計在這方面更有優勢,SPM電機中磁體材料的數量不斷減少,尤其是對于小型電機。Stephens評論道:“材料少,結構簡單,SPM電機相對于埋入式磁鐵設計的電機有更高的效率,但成本和效率必須根據需求來衡量,通常的結果是兩者的折中?!北热鏘PM設計使用易于制作的平面形狀磁體,SPM設計使用的是曲線形狀的磁體。


  斯認為,把磁鐵裝到轉子里,可以獲得更小直徑的轉子,這也意味著轉子的慣量更小。由鼓形轉子轉動慣量計算公式-1/2mr2(這里m是轉子的質量,r是轉子的半徑)得到的結果是,轉子的半徑減小,因此轉動慣量也減小。這種妥協是出于功率密度的考慮,對于大型電機而言,功率密度是眾多電機特性中最重要的一項。SPM設計的轉子轉動慣量對大功率電機來說太大了,僅當電機加速時才會消耗大量的能量。


版權所有 ? 深圳市歐諾克科技有限公司 粵ICP備20046782號
技術支持:易巨信息
国产精品自产拍在线观看中文_与子的乱生活_爽一点搔一点叫大声点