Проектирование Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) дляшлифования(например, наугловой шлифовальной машине, настольной шлифовальной машине или промышленном шлифовальном станке) требуется тщательный учет мощности, крутящего момента, скорости, охлаждения и управления. Ниже представлен структурированный подход к проектированию PMSM дляшлифовальных двигателей.
|
Параметр |
Типичный диапазон применения шлифовальных двигателей |
|
Сила |
500 Вт - 3000 Вт (0,67 - 4 л.с.) |
|
Скорость |
8000-12000 об/мин (высокоскоростное шлифование) |
|
Крутящий момент |
0,5 - 5 Нм (зависит от размера диска и материала, из которого он изготовлен) |
|
Напряжение |
120 В/240 В переменного тока (проводной) или 18 В-80 В постоянного тока (беспроводной) |
|
Эффективность |
>90% (преимущество PMSM) |
|
Охлаждение |
Принудительное воздушное / жидкостное охлаждение (для промышленного использования) |
Высокая частота вращенияи, как правило, сбалансированная конструкция ротора предотвращают вибрацию.
Защита от пылии мусора и, как правило, герметичные подшипники со степенью защиты IP54 или выше.
Терморегулирующиеи высокотемпературные магниты (например, NdFeB с номинальной температурой 150° C+).
(i) Конструкция статора
и комбинация "Шлиц-полюс":
и "диаметр" Обычно: 12-шлицевый/10-полюсный или 9-шлицевый/6-полюсный (для плавного крутящего момента и уменьшения заклинивания).
♦ Преимущества высокоскоростных двигателей заключаются в использовании сосредоточенных обмоток с дробным сечением (меньшая индуктивность).
• Материал ламинирования:
♦ Кремниевая сталь (M19, M27) для снижения потерь в сердечнике.
• Тип обмотки:
♦ Распределенный (для синусоидальной обратной ЭДС) или концентрированный (для упрощения изготовления).
(ii) Конструкция ротора
и тип магнита:
♦ NdFeB (неодим) для высокой плотности энергии.
♦ Феррит (дешевле, но слабее, используется в недорогих шлифовальных машинах).
• Магнитное устройство:
♦ Поверхностный монтаж PM (SPM) → Упрощает изготовление.
♦ Внутренняя часть PM (IPM) → Повышает механическую прочность на высоких оборотах.
• Фиксирующая втулка(длявысокоскоростных двигателей PMSM):
♦ Углеродное волокно или нержавеющая сталь для предотвращения отсоединения магнита.
(iii) Оптимизация воздушного зазора
- Малый воздушный зазор (~0,5 мм) - Более высокая плотность крутящего момента, но более жесткие производственные допуски.
(i) Система охлаждения
• Принудительное воздушное охлаждение (с вентилятором) → Широко используется в угловых шлифовальных машинах.
• Жидкостное охлаждение (промышленные шлифовальные машины работают непрерывно).
• Радиатор на статоре → Алюминиевый корпус для отвода тепла.
(ii) Выбор подшипника
Керамические гибридные подшипники увеличивают срок службы в пыльной среде.
Экранированные / герметичные подшипники предотвращают попадание абразивной пыли.
(iii) Контроль вибрации и шума
Динамическая балансировка ротора для минимизации вибраций на высоких оборотах.
• Демпфирующий корпус (для снижения шума).
(i) Стратегия управления
• Управление, ориентированное на поле (FOC) → Оптимально для крутящего момента и эффективности.
• Управление без датчиков (оценка обратной ЭДС) → Снижает затраты (без энкодера).
• Управление на основе энкодера (Для сверхточного регулирования скорости).
(ii) Требования к инвертору
- трехфазный инвертор на базе MOSFET/IGBT (например, 600 В/30 А для двигателя мощностью 1 кВт).
- Защита от перегрузки по току и перегреву, что особенно важно при шлифовании.
(iii) Источник питания
Проводной: AC-DC-AC (ШИМ-инвертор).
Беспроводной: Высоковольтный аккумулятор (например, литий-ионный 40 В-80 В).
|
Параметр |
Ценность |
|
Сила |
1,5 кВт (2 л.с.) |
|
Скорость |
10 000 об/мин |
|
Напряжение |
220 В переменного тока (или 72 В постоянного тока для беспроводных устройств) |
|
Крутящий момент |
1,43 Нм |
|
Статор |
Распределенная обмотка с 12 пазами |
|
Ротор |
с 10-полюсной поверхностью PM (NdFeB) |
|
Охлаждение |
Охлаждение вентилятором |
|
Контроль |
Фокус без датчиков |
|
Эффективность |
94% |
|
Особенность |
PMSM |
Асинхронный двигатель |
Универсальный двигатель (матовый) |
Постоянный ток |
|
Эффективность |
★★★★★ |
★★★☆ |
★★☆☆ |
★★★★☆ |
|
Регулировка скорости |
★★★★★ |
★★★☆ |
★★★☆ |
★★★★☆ |
|
Плотность крутящего момента |
★★★★★ |
★★★☆ |
★★★★ |
★★★★ |
|
Поддержка |
★★★★★ |
★★★★☆ |
★★☆☆ |
★★★★☆ |
|
Стоимость |
★★★☆☆ |
★★★★☆ |
★★★★ |
★★★☆ |
✔ Более высокая эффективность и, как правило, меньшее нагревание, увеличенный срок службы (что важно для беспроводных шлифовальных машин).
✔ Улучшенная регулировка скорости и стабильная производительность шлифования под нагрузкой.
✔ Компактнее и легче, что лучше для ручных инструментов.
|
Вызов |
Решение |
|
Нагрузка на высокоскоростной ротор |
Используйте втулку из углеродного волокна для удержания магнита. |
|
Перегрев при длительной работе |
Жидкостное охлаждение или усовершенствованное терморегулирование. |
|
Попадание пыли |
Герметичная конструкция IP54+, экранированные подшипники. |
|
Высокая первоначальная стоимость |
Оптимизируйте использование магнитов (матрица Хальбаха для улучшения магнитного потока). |
|
Параметр |
Промышленный измельчитель |
Самодельная мясорубка |
|
Сила |
мощностью 2-5 кВт |
500 Вт-1,5 кВт |
|
Охлаждение |
Жидкость/нагнетаемый воздух |
Охлаждение вентилятором |
|
Контроль |
Кодер+ФОКУС |
Фокус без датчиков |
|
Долговечность |
Более 10 000 часов |
1000-5000 часов |
► Для высокопроизводительных промышленных шлифовальныхмашин → PMSM с фокусировкой и жидкостным охлаждением.
► Для беспроводных угловых шлифовальныхмашин & rarr; PMSM + литий-ионный аккумулятор на 72 В.
► Для экономичных применений& rarr; Постоянный ток (если PMSM слишком дорогой).
Нужна ли вам помощь врасчетах конкретных обмоток, моделировании МКЭ или выборе контроллера? Свяжитесь с нашими инженерами прямо сейчас.
