Разница в производительности двигателя 1: скорость/крутящий момент/размер
В мире существует множество видов двигателей. Большие и маленькие. Двигатель, который движется вперёд-назад, а не вращается. Двигатель, цена которого на первый взгляд не очевидна. Однако все двигатели выбираются не просто так. Итак, каким должен быть ваш идеальный двигатель, какими характеристиками и производительностью?
Цель этой серии — предоставить знания о том, как выбрать идеальный двигатель. Мы надеемся, что эта информация будет вам полезна при выборе двигателя. Кроме того, она поможет вам освоить основы работы с двигателями.
Объясняемые различия в производительности будут разделены на два отдельных раздела следующим образом:
Скорость/Крутящий момент/Размер/Цена ← Вопросы, которые мы обсудим в этой главе
Точность скорости/плавность/срок службы и ремонтопригодность/пылеобразование/эффективность/тепло
Генерация электроэнергии/вибрация и шум/меры по борьбе с выхлопными газами/среда использования
1. Ожидания от двигателя: вращательное движение
Под двигателем обычно понимается двигатель, который получает механическую энергию из электрической энергии, и в большинстве случаев это двигатель, который совершает вращательное движение. (Существует также линейный двигатель, который совершает прямолинейное движение, но в этот раз мы его не будем рассматривать.)
Итак, какое вращение вам нужно? Хотите ли вы, чтобы оно вращалось мощно, как дрель, или чтобы оно вращалось слабо, но с высокой скоростью, как электрический вентилятор? Сосредоточившись на разнице в желаемом вращательном движении, два свойства — скорость вращения и крутящий момент — становятся важными.
2. Крутящий момент
Крутящий момент — это сила вращения. Единица измерения крутящего момента — Н·м, но в случае маломощных двигателей обычно используется мН·м.
Двигатель был спроектирован различными способами для увеличения крутящего момента. Чем больше витков электромагнитного провода, тем больше крутящий момент.
Поскольку количество витков ограничено фиксированным размером катушки, используется эмалированный провод большего диаметра.
Наша серия бесщёточных двигателей (TEC) представлена восемью типами двигателей с внешним диаметром 60 мм: 16 мм, 20 мм, 22 мм, 24 мм, 28 мм, 36 мм, 42 мм. Поскольку размер катушки увеличивается с диаметром двигателя, можно добиться более высокого крутящего момента.
Мощные магниты используются для создания больших крутящих моментов без изменения размеров двигателя. Неодимовые магниты — самые мощные постоянные магниты, за ними следуют самарий-кобальтовые. Однако даже при использовании только сильных магнитов магнитная сила будет выходить из двигателя, и вытекающая магнитная сила не будет способствовать крутящему моменту.
Чтобы в полной мере использовать преимущества сильного магнетизма, для оптимизации магнитной цепи ламинируется тонкий функциональный материал, называемый пластиной электромагнитной стали.
Более того, поскольку магнитная сила самариево-кобальтовых магнитов стабильна к изменениям температуры, использование самариево-кобальтовых магнитов может обеспечить стабильный привод двигателя в среде с большими перепадами температур или высокими температурами.
3. Скорость (обороты)
Число оборотов двигателя часто называют «скоростью». Это показатель того, сколько оборотов совершает двигатель за единицу времени. Хотя «об/мин» обычно используется как оборот в минуту, в системе СИ оно также выражается как «мин-1».
По сравнению с крутящим моментом, увеличение числа оборотов технически несложно. Для увеличения числа витков достаточно просто уменьшить число витков катушки. Однако, поскольку крутящий момент уменьшается с увеличением числа оборотов, важно соблюдать требования как к крутящему моменту, так и к числу оборотов.
Кроме того, при работе на высоких скоростях лучше использовать шариковые подшипники, а не подшипники скольжения. Чем выше скорость, тем больше потери на сопротивление трению и тем короче срок службы двигателя.
В зависимости от точности вала, чем выше скорость, тем сильнее проблемы, связанные с шумом и вибрацией. Поскольку бесщёточный двигатель не имеет ни щёток, ни коллектора, он производит меньше шума и вибрации, чем коллекторный двигатель (в котором щётки контактируют с вращающимся коллектором).
Шаг 3: Размер
Когда речь идёт об идеальном двигателе, его размер также является одним из важных факторов производительности. Даже если скорость (обороты) и крутящий момент достаточны, он бесполезен, если его невозможно установить на конечном изделии.
Если вы просто хотите увеличить скорость, можно уменьшить число витков провода, даже если оно небольшое, но без минимального крутящего момента он не будет вращаться. Поэтому необходимо найти способы увеличения крутящего момента.
Помимо использования вышеупомянутых сильных магнитов, важно также увеличить коэффициент заполнения обмотки. Мы говорили об уменьшении количества витков провода для обеспечения необходимого числа оборотов, но это не означает, что провод намотан неплотно.
Используя толстые провода вместо уменьшения количества витков, можно обеспечить большую силу тока и высокий крутящий момент даже при той же скорости. Коэффициент пространственного сжатия показывает плотность намотки провода. Увеличение количества тонких витков или уменьшение количества толстых витков – важный фактор для получения крутящего момента.
В целом выходная мощность двигателя зависит от двух факторов: железа (магнита) и меди (обмотки).
Время публикации: 21 июля 2023 г.
