Proporzjon ta 'Ark tal-Arblu: Il-Parametru tal-Ġeometrija tal-Kalamita Li Jikkontrolla l-Forma ta' Back-EMF
Meta l-inġiniera tal-muturi jispeċifikaw kalamiti bl-ark NdFeB, huma tipikament jispeċifikaw il-grad, il-kisi u d-dimensjonijiet - tul, wisa ', ħxuna, raġġ ta' ġewwa, raġġ ta 'barra. Il-parametru li ħafna drabi ma jiġix speċifikat biżżejjed huwa l-proporzjon tal-ark tal-arblu: il-proporzjon tal-medda angolari tal-kalamita mal-pitch tal-arblu (360 grad diviż bin-numru ta 'arbli). Dan il-proporzjon għandu effett dirett u kwantifikabbli fuq il-forma tal-mewġa back-EMF, l-amplitudni tat-torque cogging, u l-kontenut armoniku tad-densità tal-fluss tal-vojt tal-arja. Tagħmilha ħażin anki bi ftit fil-mija tbiddel l-imġieba akustika tal-mutur u t-tmewwiġ tat-torque b'modi li jistgħu jeħlu test ta 'kwalifika.
Dan l-artikolu jkopri r-relazzjoni bejn il-proporzjon tal-ark tal-arblu u l-armoniċi back-EMF, il-kalkolu standard biex jinstab l-aħjar proporzjon, u r-restrizzjonijiet prattiċi li jipprevjenu l-biċċa l-kbira tal-muturi milli jolqtu l-aħjar teoretiku.
1. X'Ifisser Fiżikament Proporzjon tal-Ark tal-Arblu
F'rotor ta 'kalamita permanenti ta' muntaġġ fil-wiċċ (SPMSM), il-kalamiti huma marbuta mal-wiċċ ta 'barra ta' madmad ċilindriku tal-azzar. Kull kalamita tkopri medda angolari - it-tul tal-ark fi gradi. Iż-żift tal-arblu huwa 360 grad / (numru ta 'arbli). Għal rotor b'10 arbli, iż-żift tal-arblu huwa ta' 36 grad. Jekk kull kalamita tifrex 30 grad, il-proporzjon tal-ark tal-arblu huwa 30/36=0.833.
Proporzjon ta 'ark tal-arblu ta' 1.0 ifisser li l-kalamiti ikopru l-pitch tal-arblu sħiħ bl-ebda vojt bejn il-kalamiti li jmissu magħhom. Dan huwa mekkanikament mhux prattiku (tneħħija żero għall-assemblaġġ) u elettromanjetikament problematiku minħabba li joħloq distribuzzjoni ta 'fluss kważi rettangolari fil-vojt ta' l-arja - għoli fil-kontenut fundamentali, iżda wkoll għoli f'armoniċi fard (3rd, 5th, 7th). Proporzjon ta '0.5 ifisser li l-kalamiti ikopru nofs iż-żift tal-arblu, u jħallu lakuni kbar. Dan inaqqas il-komponent fundamentali u l-erja tal-wiċċ tar-rotor skart.
Il-firxa prattika għall-biċċa l-kbira tad-disinni tal-mutur hija 0.75 sa 0.90. Taħt 0.70, id-densità tal-fluss fundamentali tinżel biżżejjed biex tnaqqas b'mod notevoli l-kostanti tat-torque. Fuq 0.92, it-tneħħija tal-assemblaġġ issir stretta u l-fluss tal-fringing bejn il-kalamiti li jmissu jibda jissatura l-ponot tas-snien fi stators b'għadd għoli ta 'snien, li jżid it-telf tal-qalba mingħajr ma jżid proporzjonalment it-torque medju.
2. Kif il-Proporzjon tal-Ark tal-Arblu Jaffettwa l-Kontenut Harmoniku Back-EMF
Il-forma tal-mewġ tad-densità tal-fluss tal-vojt tal-arja prodotta minn kalamita permanenti fi stator mingħajr slott jew b'slot dgħajjef tista 'tiġi approssimata bħala polz rettangolari ta' wisa 'angolari ugwali għall-ark tal-kalamita, separati minn reġjuni ta' zero-field fil-lakuni tal-kalamita. Id-dekompożizzjoni Fourier ta 'din il-forma tal-mewġ turi li l-amplitudni ta' kull armonika tiddependi fuq il-proporzjon tal-ark tal-arblu.
Għall-armoniċi fundamentali (n=1) u fard (n=3,5,7,...), l-amplitudni relattiva hija proporzjonali għal sin (n × × π/2), fejn huwa l-proporzjon tal-ark tal-arblu. Dan jagħti l-mudell li ġej:
Fi=0.833 (5/6 pole pitch): sin(1 × 0.833 × π/2)=sin(75 grad ) ≈ 0.966 għall-fundamentali; sin(5 × 0.833 × π/2)=sin(375 grad )=sin(15 grad ) ≈ 0.259 għall-5 armonika. Il-5 armonika hija madwar 27% tal-fundamentali. Fi=0.667 (2/3 pole pitch): koeffiċjent fundamentali=sin(60 grad )=0.866; Il-5 armonika=sin(300 grad )=sin(-60 grad )=0, jiġifieri l-5 armonika hija kompletament eliminata. Bl-istess mod, is-7 armonika hija eliminata f'= 6/7 ≈ 0.857.
Din hija l-bażi għar-rakkomandazzjoni standard biex timmira ≈ 0.667 għal muturi b'ħames fażijiet (fejn il-5 armonika tmexxi t-torque ripple) u ≈ 0.857 għal muturi standard bi tliet fażijiet (fejn is-7 armonika hija t-tħassib ewlieni wara li t-3 armonika tiġi mrażżna b'kanċellazzjoni bi tliet fażijiet). Fil-prattika, id-disinjaturi tal-muturi bi tliet fażijiet normalment jimmiraw 0.80–0.87 bħala firxa li trażżan kemm il-5 u s-7 armoniċi għal livelli aċċettabbli simultanjament, aktar milli jeliminaw waħda eżattament.
3. Pole Arc Proporzjon u Cogging Torque - L-Interazzjoni
L-effett tal-proporzjon tal-ark tal-arblu fuq it-torque tal-cogging huwa separat mill-effett tiegħu fuq l-armoniċi back-EMF, u ż-żewġ kriterji ħafna drabi jindikaw f'direzzjonijiet differenti.
L-amplitudni tat-torque tal-cogging hija minimizzata meta l-pożizzjoni tat-tarf tal-kalamita (determinata mill-wisa 'tal-ark) taqa' f'pożizzjoni newtrali relattiva għall-pitch tal-islott. L-aħjar teoretiku għat-tnaqqis tal-cogging huwa meta l-proporzjon tal-ark tal-arblu jissodisfa:=(Qs × k ± 1) / (Qs × 2p), fejn Qs huwa l-għadd tal-islott, 2p huwa l-għadd tal-arbli, u k huwa numru sħiħ. Għal mutur 12S10P, dan jagħti valuri ta' bejn wieħed u ieħor 0.417, 0.500, 0.583, 0.667, 0.750, 0.833, eċċ. Il-valur=0.833 (li jrażżan ukoll il-5 armonika) huwa wkoll qrib minimu ta' cogging għal din il-kombinazzjoni użata b'mod komuni għal 12 S.
Id-diffikultà: l-ottimizzazzjoni tal-proporzjon tal-ark tal-arblu fl-istess ħin għal cogging minimu u armoniċi minimi back-EMF taħdem biss għal ċerti kombinazzjonijiet ta 'slot-pole. Għal mutur 6S4P, il-proporzjonijiet tal-ark ottimali ta 'cogging ma jikkoinċidux mal-valuri ta' soppressjoni armonika. Għal 6S4P, l-aħjar kompromess prattiku huwa tipikament ≈ 0.75, li jikseb tnaqqis moderat tal-cogging u kontenut armoniku aċċettabbli iżda ma jelimina l-ebda armonika speċifika.
Meta l-ispeċifikazzjoni tal-cogging hija stretta (taħt 0.3% tat-torque nominali), is-supplimentazzjoni tal-ottimizzazzjoni tal-ark tal-kalamita b'dispożizzjoni manjetika hija ġeneralment meħtieġa. Skew by one slot pitch iddawwar l-ispettru tal-cogging b'90 grad u żżidha barra mill-fażi mal-kontribuzzjoni mhux distorta, li tipproduċi kważi kanċellazzjoni fil-frekwenza dominanti. L-iskew ta 'slot wieħed inaqqas l-ogħla cogging b'madwar 70-80% għall-biċċa l-kbira tal-kombinazzjonijiet ta' slot-pole, bi spiża ta '2-4% ta' tnaqqis medju tat-torque u żieda fil-kumplessità tal-assemblaġġ assjali.
4. Realtà tal-Manifattura: Kemm Tvarja l-Proporzjon tal-Ark tal-Arblu?
Il-kalkoli teoretiċi jassumu ġeometrija eżatta tal-ark. Is-segmenti tal-ark NdFeB sinterizzat reali għandhom tolleranzi dimensjonali li jissarrfu direttament f'varjazzjoni tal-ark tal-arblu. Għal tolleranza dimensjonali standard ta '±0.05 mm fuq kalamita ta' tul ta 'ark ta' 10 mm f'rotor ta '10 arbli b'dijametru ta' 60 mm, it-tul tal-ark tal-pitch tal-arblu huwa 60 × π / 10=18.85 mm. It-tolleranza tittraduċi għal ± 0.05/18.85=± 0.0027 fil-proporzjon tal-ark tal-arblu - żgħir biżżejjed biex jiġi injorat għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet.
Il-varjabbiltà reali ġejja mill-uniformità tal-manjetizzazzjoni, mhux mill-ġeometrija. Anke b'ġeometrija tal-ark perfetta, jekk l-angolu tal-manjetizzazzjoni jvarja b'±2 gradi madwar il-wiċċ tal-kalamita (figura realistika għal kalamiti ta 'grad standard), id-distribuzzjoni effettiva tal-fluss fid-distakk tal-arja tiddevja mill-intenzjoni tad-disinn. Għal servo muturi ta 'preċiżjoni li jeħtieġu back-EMF THD taħt it-3%, l-uniformità tal-angolu tal-manjetizzazzjoni għandha tkun speċifikata għal ± 0.5 grad - li teħtieġ spezzjoni ta' 100% Hall-scan tal-kalamiti magnetizzati qabel l-assemblaġġ. Spezzjoni standard li tidħol (kontroll dimensjonali + kejl Gauss tal-wiċċ) ma taqbadx varjazzjoni tal-angolu tal-manjetizzazzjoni.
Dan għandu konsegwenza prattika: għal muturi fejn il-kontenut armoniku jmexxi l-ispeċifikazzjoni, il-kontroll tal-manifattura tal-proċess ta 'manjetizzazzjoni huwa importanti daqs il-ġeometrija tal-kalamita. Mutur bi proporzjon ta 'ark ottimizzat bir-reqqa li juża kalamiti b'uniformità ta' manjetizzazzjoni fqira xorta se jfalli t-test THD-back-EMF tiegħu.
5. Linji Gwida Prattiċi għall-Ispeċifikazzjoni tal-Proporzjon tal-Ark tal-Arblu
Għal disinn ġdid ta 'mutur, il-punt tat-tluq huwa:
Servo mutur bi tliet fażijiet, cogging taħt it-2% tat-torque nominali, back-EMF THD taħt il-5%: mira=0.83–0.87. Din il-firxa fl-istess ħin tipprovdi prestazzjoni tajba ta 'cogging għal kombinazzjonijiet ta' slot-pole komuni u trażżan l-armoniċi dominanti ta 'back-EMF. Uża 0.833 (5/6) bħala l-ewwel iterazzjoni għal disinji 12S10P jew 12S8P.
Mutur bi tliet fażijiet, cogging taħt it-torque nominali ta '0.5%, back-EMF THD taħt it-3%: mira=0.857 (6/7) għas-7 eliminazzjoni armonika, imbagħad ħaddem FEA biex tivverifika cogging bil-kombinazzjoni ta' slot-pole magħżula. Jekk il-cogging jaqbeż il-mira, żid skew axjali ta 'slot wieħed. Speċifika l-uniformità tal-angolu tal-manjetizzazzjoni ±0.5 grad fuq it-tpinġija tal-ispezzjoni li tkun deħlin.
Mutur b'sewqan dirett b'rekwiżiti akustiċi stretti (vibrazzjoni/ħoss speċifikati f'dB): il-5 u s-7 armonika tal-forza t-tnejn jikkontribwixxu għall-output akustiku. Uża=0.80–0.83 bħala punt tat-tluq (soppressjoni parzjali tat-tnejn), imbagħad ħaddem FEA elettromanjetiku flimkien ma 'analiżi tal-vibrazzjoni biex tidentifika l-mod akustiku dominanti. L-ottimizzazzjoni tal-proporzjon tal-ark f'FEA tieħu sigħat; il-validazzjoni tat-test akustiku tieħu jiem. Mexxi l-FEA l-ewwel.
Muturi sensittivi għall-ispiża mingħajr speċifikazzjoni ta 'cogging (fannijiet, pompi, apparat): kwalunkwe bejn 0.75 u 0.87 huwa aċċettabbli. Uża l-valur li jippermetti kalamiti tal-ark tal-istokk standard mingħajr għodda tad-dwana - tipikament 0.75 jew 0.80 għall-għadd tal-arbli komuni. L-angoli tal-ark personalizzati jżidu 2-3 ġimgħat għall-ħin taċ-ċomb u l-ispiża tal-għodda.
Żball wieħed komuni: tispeċifika l-proporzjon tal-ark tal-arblu fuq it-tpinġija tal-kalamita mingħajr ma tiċċekkja jekk il-ġeometrija tal-kalamita li tirriżulta tistax tiġi mmanifatturata għat-tolleranza meħtieġa. Għal muturi żgħar b'rotor OD taħt il-25 mm, proporzjon ta 'ark fil-mira ta' 0.833 fuq disinn ta '4 arbli tfisser medda angolari kalamita ta' 0.833 × 90 grad=75 grad . F'raġġ tar-rotor ta '12 mm, it-tul ta' l-ark ta 'barra huwa 12 × π × 75/180=15.7 mm u t-tul ta' l-ark ta 'ġewwa (f'raġġ ta' ġewwa ta '10 mm) huwa 13.1 mm. It-tnejn jistgħu jinkisbu b'tagħmir tat-tħin standard. F'raġġ tar-rotor ta '6 mm, it-tulijiet ta' l-ark korrispondenti jinżlu għal 7.9 mm u 6.5 mm - xorta jistgħu jiġu manifatturati, iżda fil-limitu aktar baxx ta 'preċiżjoni EDM tal-wajer għall-vojt ta' slot bejn kalamiti. Iċċekkja l-ġeometrija qabel tissakkar fid-disinn.
Ikkuntattja lil HIMAGNET
HIMAGNET timmanifattura kalamiti tas-segment tal-ark NdFeB għal proporzjonijiet speċifiċi tal-ark tal-arbli, inklużi angoli mhux standard għal cogging u ottimizzazzjoni armonika. Għal kwotazzjoni bil-mira tiegħek, OD/ID tar-rotor, u l-għadd tal-arbli, ikkuntattja:info@himagnet.com
