De onderwerpen die we in dit hoofdstuk zullen bespreken zijn:
Snelheid, nauwkeurigheid/soepelheid/levensduur en onderhoudbaarheid/stofvorming/efficiëntie/warmte/trillingen en geluid/uitlaatgasbeheersing/gebruiksomgeving
1. Gyrostabiliteit en nauwkeurigheid
Wanneer de motor met een constante snelheid draait, zal hij bij hoge snelheden een uniforme snelheid behouden op basis van de inertie, maar bij lage snelheden zal deze variëren afhankelijk van de vorm van de motorkern.
Bij borstelloze motoren met sleuven zal de aantrekkingskracht tussen de sleuven en de rotormagneet pulseren bij lage snelheden. In het geval van onze borstelloze motor zonder sleuven is de afstand tussen de statorkern en de magneet echter constant over de omtrek (wat betekent dat de magnetoresistentie constant is over de omtrek), waardoor rimpelingen zelfs bij lage spanningen onwaarschijnlijk zijn.
2. Levensduur, onderhoudbaarheid en stofvorming
De belangrijkste factoren bij het vergelijken van borstelmotoren en borstelloze motoren zijn levensduur, onderhoudsgemak en stofvorming. Omdat de borstel en de commutator elkaar raken wanneer de borstelmotor draait, zal het contactoppervlak door wrijving onvermijdelijk slijten.
Daardoor moet de hele motor vervangen worden en ontstaat er stof door slijtage. Zoals de naam al doet vermoeden, hebben borstelloze motoren geen borstels, waardoor ze een langere levensduur hebben, gemakkelijker te onderhouden zijn en minder stof produceren dan motoren met borstels.
3. Trillingen en geluid
Geborstelde motoren produceren trillingen en geluid door wrijving tussen de borstel en de commutator, terwijl borstelloze motoren dat niet doen. Gegroefde borstelloze motoren produceren trillingen en geluid door het koppel in de groeven, maar gegroefde motoren en holle-cupmotoren doen dat niet.
De toestand waarin de rotatieas van de rotor afwijkt van het zwaartepunt, wordt onbalans genoemd. Wanneer een onbalansrotor draait, ontstaan er trillingen en geluid, die toenemen naarmate het toerental van de motor stijgt.
4. Rendement en warmteopwekking
De verhouding tussen de mechanische energie die de motor levert en de elektrische energie die erin gaat, is het rendement van de motor. Het grootste deel van de verliezen die niet in mechanische energie worden omgezet, wordt omgezet in warmte-energie, waardoor de motor opwarmt. Motorverliezen omvatten:
(1). Koperverlies (vermogensverlies als gevolg van wikkelweerstand)
(2). IJzerverlies (hysterese-verlies in de statorkern, wervelstroomverlies)
(3) Mechanisch verlies (verlies veroorzaakt door wrijvingsweerstand van lagers en borstels, en verlies veroorzaakt door luchtweerstand: windweerstandsverlies)
Koperverlies kan worden verminderd door de geëmailleerde draad dikker te maken om de wikkelweerstand te verlagen. Als de geëmailleerde draad echter dikker wordt gemaakt, worden de wikkelingen moeilijk in de motor te installeren. Daarom is het noodzakelijk om een wikkelstructuur te ontwerpen die geschikt is voor de motor door de duty cycle factor (de verhouding tussen de lengte van de geleider en de doorsnede van de wikkeling) te verhogen.
Als de frequentie van het roterende magneetveld hoger is, neemt het ijzerverlies toe. Dit betekent dat een elektrische machine met een hogere rotatiesnelheid veel warmte genereert als gevolg van het ijzerverlies. Het verminderen van het ijzerverlies en de wervelstroomverliezen kan worden bereikt door de gelamineerde staalplaat dunner te maken.
Wat mechanische verliezen betreft, hebben borstelmotoren altijd mechanische verliezen door de wrijvingsweerstand tussen de borstel en de commutator, terwijl borstelloze motoren deze niet hebben. Wat lagers betreft, is de wrijvingscoëfficiënt van kogellagers lager dan die van glijlagers, wat de efficiëntie van de motor verbetert. Onze motoren maken gebruik van kogellagers.
Het probleem met oververhitting is dat, zelfs als de toepassing zelf geen limiet stelt aan de warmte, de door de motor gegenereerde warmte de prestaties ervan zal verminderen.
Wanneer de wikkeling heet wordt, neemt de weerstand (impedantie) toe en wordt het moeilijker voor de stroom om te vloeien, wat resulteert in een afname van het koppel. Bovendien zal de magnetische kracht van de magneet afnemen door thermische demagnetisatie wanneer de motor warm wordt. Daarom mag de warmteontwikkeling niet worden genegeerd.
Omdat samarium-kobaltmagneten een kleinere thermische demagnetisatie vertonen dan neodymiummagneten als gevolg van warmte, worden samarium-kobaltmagneten gekozen in toepassingen waar de motortemperatuur hoger is.
Geplaatst op: 21 juli 2023