超高转矩密度电机的设计

254339861

采用切相磁钢，切相绕组，定子直槽，大裂比，机壳散热筋，定子绕组灌封，转子掏空，使用铜排绕组，高绝缘等级，分数槽等等。。。。

sun137586

你说的转矩密度的重量是包含机壳、轴承、转轴等全部质量还是就是定子和转子部分重量，如果就是定子和转子部分，自然冷却达到1Nm/Kg很正常，我做的基本都接近2Nm/kg

Edwin_Sun

pzf414049413 发表于 2016-11-29 22:13
要求超高转矩密度，还要求自然冷却，设计的时候温升的指标会很难平衡，建议材料方面用高温的，H级以上。降 ...

H级绕组可以有；现在我遇到的最大的问题就是绕组的铜耗是很难降下来的；20kw出力的电机，铜耗达到了10kw，效率太低了

铁耗不是什么大问题，即使齿磁密已经达到了1.8T，但是频率只有几个Hz，所以理论算下来只有几百瓦。

Edwin_Sun

sun137586 发表于 2016-11-30 08:47
你说的转矩密度的重量是包含机壳、轴承、转轴等全部质量还是就是定子和转子部分重量，如果就是定子和转子部 ...

定转子有效部分，定子外径D，轴长L，那么重量就是7800*pi(D/2)^2*L，这是书本上常用的公式；较真一点的还可以把转轴部分挖掉，不过只是一个定义的区别罢了；

2Nm/kg不是难事，5呢？10呢？我的目标是10

Edwin_Sun

limengde2001 发表于 2016-11-29 21:24
几十转，分数槽，不用斜槽

分数槽的极槽配比能否说一下呢？若是有发布的产品或者发表的问题，一并推荐喽~

分数槽就是气隙谐波太多，导致槽口部分的绕组温度过高，平均温度100度的话，槽口部分可能有150了；

分数槽的有效基波利用率会有个五六个点的降低，与整数槽相比

不过分数槽是一个降低齿槽转矩的很好的方案。

Edwin_Sun

254339861 发表于 2016-11-30 08:37
采用切相磁钢，切相绕组，定子直槽，大裂比，机壳散热筋，定子绕组灌封，转子掏空，使用铜排绕组，高绝缘等 ...

切相绕组是个什么概念，轴向电机？

如果是轴向电机的话，在定子外径确定的情况下，轴向电机的转矩密度是偏低的，因为它做不了太厚。

sun137586

Edwin_Sun 发表于 2016-11-30 10:05
定转子有效部分，定子外径D，轴长L，那么重量就是7800*pi(D/2)^2*L，这是书本上常用的公式；较真一点的还 ...

还要看你电机的转速，转速低些，转矩密度可能会高些。我的2Nm基本是3000rpm。跟电机尺寸也有关的，尺寸大的电机，转矩密度也会做得更大吧，我最大一款是3Nm/kg。可以用halbach阵列转子，不过齿槽力会很大。定子可以采用拼块式，增加槽满率。

zengxiaodong

Edwin_Sun 发表于 2016-11-30 10:01
H级绕组可以有；现在我遇到的最大的问题就是绕组的铜耗是很难降下来的；20kw出力的电机，铜耗达到了10kw ...

其实讲什么转矩密度是很不严谨的说法，多少牛米每公斤这个数值在很大范围内变动，也牵涉到了结构的优化问题。在正统的《电机设计》术语中，有严谨的参数来描述你的意思，那就是转切应力，这个转切应力才是可以准确比较的参数，它就是电机气隙圆柱面分布的假想的平均切向应力，这个转切应力越大，同样的电机其输出转矩就越大，当然不同的电机也可以进行比较。

Edwin_Sun

zengxiaodong 发表于 2016-11-30 12:19
其实讲什么转矩密度是很不严谨的说法，多少牛米每公斤这个数值在很大范围内变动，也牵涉到了结构的优化问 ...

我早年学的是陈世坤版本的电机设计，后来又学了Lipo的Introduction to AC Machine Design，或许这些不太正宗吧

转切应力，径向应力，轴向应力，我一般是用来分析电机的振动模式，倒没有把它和转矩联系过，不过只是一个公式的转换罢了

才薄学浅，曾老师勿笑话

Edwin_Sun

sun137586 发表于 2016-11-30 10:18
还要看你电机的转速，转速低些，转矩密度可能会高些。我的2Nm基本是3000rpm。跟电机尺寸也有关的，尺寸大 ...

这个我的感觉是跟转速关系不大，与电机的外径关系比较大；不过一般低速电机，外径都会做的比较大，增加外径比增加轴长更有效些，这也是电机设计书本里经常讲的原理；但是有些场合外径是受限的，最后连轴长都跟你限制死了，安装的尺寸就在那里，只能去找转矩密度高的设计

3Nm/kg的设计，有没有相关的产品或者文章？或者简单介绍下基本设计，极槽比，大体内外径轴长，特别是效率大约是多少呢？

andycjj

改过一套设备，原来是由一台异步机带着齿轮箱减速然后拖动一个叶轮，改为电机直驱，原数据：电机额定功率1.5kw，额定转速1420转，减速后转速约136转，计及齿轮箱的损耗，输出转矩约为97牛米，改造后的永磁同步参数如下：外转子表贴，绝缘等级H，42槽、44极，定子外径202，内径120，转子内径209，外径220，磁钢厚3，叠高80，自冷，额定扭矩,97牛米，电机有效重量14kg(带绕组定子铁芯+带磁钢转子铁芯)

andycjj

带上控制器后，效率83.3%，电机效率85%

zengxiaodong

Edwin_Sun 发表于 2016-11-30 12:34
我早年学的是陈世坤版本的电机设计，后来又学了Lipo的Introduction to AC Machine Design，或许这些不太 ...

陈世坤《电机设计》开宗明义就提纲挈领讲了转切应力!

Edwin_Sun

zengxiaodong 发表于 2016-11-30 14:38
陈世坤《电机设计》开宗明义就提纲挈领讲了转切应力!

确实有转切应力的概念

学艺不精，曾老师见笑了

Edwin_Sun

andycjj 发表于 2016-11-30 13:54
改过一套设备，原来是由一台异步机带着齿轮箱减速然后拖动一个叶轮，改为电机直驱，原数据：电机额定功率1. ...

多谢兄台！

外转子比内转子转矩密度是要高，可惜应用限制了只能内转子；

这个电机的效率多少？

这个极槽比，因为有偶次谐波，测试的时候有没有发现较大的单边磁拉力或者脉振？这个我不太懂，只是有些担心。

Edwin_Sun

andycjj 发表于 2016-11-30 14:05
带上控制器后，效率83.3%，电机效率85%

刚回复没看到你这个效率。。。

根据我24楼的转矩密度公式，你这个转矩密度大约是4Nm/kg，97/(pi*0.11^2*0.08*7800)=4；这个转矩密度，这个效率，是很不错了~~

多谢！

limengde2001

Edwin_Sun 发表于 2016-11-30 10:08
分数槽的极槽配比能否说一下呢？若是有发布的产品或者发表的问题，一并推荐喽~

分数槽就是气隙谐波太 ...

极数太多，选分数槽是不得已的选择

zengxiaodong

我设计的马达最大的转切应力可以达到34000牛顿每平方米！

强迫风冷，连续工作制，效率82%，温升较高达到100K，但没使用什么高级材料。

Edwin_Sun

zengxiaodong 发表于 2016-11-30 19:32
我设计的马达最大的转切应力可以达到34000牛顿每平方米！

强迫风冷，连续工作制，效率82%，温升较高达到 ...

我刚算了下我之前做的一个，大约是51223牛顿每平方，自然冷却，连续工作制，就是效率低啊，泪奔中，只有72%，温升尚可，电机大了，散热好解决；我的目标是效率提升到80%以上

zengxiaodong

Edwin_Sun 发表于 2016-11-30 20:55
我刚算了下我之前做的一个，大约是51223牛顿每平方，自然冷却，连续工作制，就是效率低啊，泪奔中，只有7 ...

你这个转切应力真是太高了，我很惊讶！！！