Двигатель на постоянных магнитах – схема синхронного устройства, принцип действия и изготовление своими руками

Двигатели на протяжении многих лет используются для преобразования электрической энергии в механическую различного типа. Эта особенность определяет столь высокую его популярность: обрабатывающие станки, конвейеры, некоторые бытовые приборы – электродвигатели различного типа и мощности, габаритных размеров используются повсеместно.

• Устройство ↓
• Принцип работы ↓
• Виды ↓
• Преимущества и недостатки ↓
• Как сделать своими руками? ↓
• Рекомендации ↓

Основные показатели работы определяют то, какой тип конструкции имеет двигатель. Существует несколько разновидностей, некоторые пользуются популярностью, другие не оправдывают сложность подключения, высокую стоимость.

Двигатель на постоянных магнитах используют реже, чем асинхронный вариант исполнения. Для того, чтобы оценить возможности этого варианта исполнения, следует рассмотреть особенности конструкции, эксплуатационные качества и многое другое.

Устройство

устройство

Электродвигатель на постоянных магнитах не сильно отличается по виду конструкции.

При этом, можно выделить следующие основные элементы:

1. Снаружи используется электротехническая сталь, из которой изготавливается сердечник статора.
2. Затем идет стержневая обмотка.
3. Ступица ротора и за ней специальная пластина.
4. Затем, изготовленные из электротехнической стали, секции редечника ротора.
5. Постоянные магниты являются частью ротора.
6. Конструкцию завершает опорный подшипник.

Как любой вращающийся электродвигатель, рассматриваемый вариант исполнения состоит из неподвижного статора и подвижного ротора, которые при подаче электроэнергии взаимодействую между собой. Отличие рассматриваемого варианта исполнения можно назвать наличие ротора, в конструкцию которого включены магниты постоянного типа.

При изготовлении статора, создается конструкция, состоящая из сердечника и обмотки. Остальные элементы являются вспомогательными и служат исключительно для обеспечения наилучших условий для вращения статора.

Принцип работы

Принцип работы рассматриваемого варианта исполнения основан на создании центробежной силы за счет магнитного поля, которое создается при помощи обмотки. Стоит отметить, что работа синхронного электродвигателя схожа с работой трехфазного асинхронного двигателя.

К основным моментам можно отнести:

1. Создаваемое магнитное поле ротора вступает во взаимодействие с подаваемым током на обмотку статора.
2. Закон Ампера определяет создание крутящего момента, который и заставляет выходной вал вращаться вместе с ротором.
3. Магнитное поле создается установленными магнитами.
4. Синхронная скорость вращения ротора с создаваемым полем статора определяет сцепление полюса магнитного поля статора с ротором. По этой причине, рассматриваемый двигатель нельзя использовать в трехфазной сети напрямую.

В данном случае, нужно в обязательном порядке устанавливать специальный блок управления.

Виды

В зависимости от особенностей конструкции, существует несколько типов синхронных двигателей. При этом, они обладают разными эксплуатационными качествами.

По типу установки ротора, можно выделить следующие типы конструкции:

1. С внутренней установкой – наиболее распространенный тип расположения.
2. С внешней установкой или электродвигатель обращенного типа.

Постоянные магниты включены в конструкцию ротора. Их изготавливают из материала с высокой коэрцитивной силой.

Эта особенность определяет наличие следующих конструкций ротора:

1. Со слабо выраженным магнитным полюсом.
2. С ярко выраженным полюсом.

Равная индуктивность по перечным и продольным осям – свойство ротора с неявно выраженным полюсом, а у варианта исполнения с ярко выраженным полюсом подобной равности нет.

Кроме этого, конструкция ротора может быть следующего типа:

1. Поверхностная установка магнитов.
2. Встроенное расположение магнитов.

Кроме ротора, также следует обратить внимание и на статор.

По типу конструкции статора, можно разделить электродвигатели на следующие категории:

1. Распределенная обмотка.
2. Сосредоточенная обмотка.

По форме обратной обмотке, можно провести нижеприведенную классификацию:

1. Синусоида.
2. Трапецеидальная.

Подобная классификация оказывает влияние на работу электродвигателя.

Рассматриваемый вариант исполнения имеет следующие достоинства:

1. Оптимальный режим работы можно получить при воздействии реактивной энергии, что возможно при автоматической регулировке тока. Эта особенность обуславливает возможность работы электродвигателя без потребления и отдачи реактивной энергии в сеть. В отличие от асинхронного двигателя, синхронный имеет небольшие габаритные размеры при той же мощности, но при этом КПД значительно выше.
2. Колебания напряжения в сети в меньшей степени воздействую на синхронный двигатель. Максимальный момент пропорционален напряжению сети.
3. Высокая перегрузочная способность. Путем повышения тока возбуждения, можно провести значительное повышение перегрузочной способности. Это происходит на момент резкого и кратковременного возникновения дополнительной нагрузки на выходном валу.
4. Скорость вращения выходного вала остается неизменной при любой нагрузке, если она не превышает показатель перегрузочной способности.

К недостаткам рассматриваемой конструкции можно отнести более сложную конструкцию и вследствие этого более высокую стоимость, чем у асинхронных двигателей. Однако в некоторых случаях, обойтись без данного типа электродвигателя невозможно.

Как сделать своими руками?

Провести создание электродвигателя своими руками можно только при наличии знаний в области электротехнике и наличия определенного опыта. Конструкция синхронного варианта исполнения должна быть высокоточной для исключения возникновения потерь и правильности работы системы.

Зная то, как должна выглядеть конструкция, проводим следующую работу:

1. Создается или подбирается выходной вал. Он не должен иметь отклонений или других дефектов. В противном случае, возникающая нагрузка может привести к искривлению вала.
2. Наибольшей популярностью пользуются конструкции, когда обмотка находится снаружи. На посадочное место вала устанавливается статор, который имеет постоянные магниты. На валу должно быть предусмотрено место для шпонки для предотвращения прокручивания вала при возникновении серьезной нагрузки.
3. Ротор представлен сердечником с обмоткой. Создать самостоятельно ротор достаточно сложно. Как правило, он неподвижен, крепится к корпусу.
4. Механической связи между статором и ротором нет, так как в противном случае, при вращении будет создавать дополнительная нагрузка.
5. Вал, на котором крепится статор, также имеет посадочные места для подшипников. В корпусе имеется посадочные места для подшипников.

Большая часть элементов конструкции создать своими руками практически невозможно, так как для этого нужно иметь специальное оборудование и большой опыт работы. Примером можно назвать как подшипники, так и корпус, статор или ротор. Они должны иметь точные размеры. Однако, при наличии необходимых элементов конструкции, сборку можно провести и самостоятельно.

Электродвигатели имеют сложную конструкцию, питание от сети 220 Вольт обуславливает соблюдение определенных норм при их создании. Именно поэтому, для того, чтобы быть уверенным в надежной работе подобного механизма, следует покупать варианты исполнения, созданные на заводах по выпуску подобного оборудования.

В научных целях, к примеру, в лаборатории для проведения испытаний по работе магнитного поля часто создают собственные двигатели. Однако они имеют небольшую мощность, питаются от незначительно напряжения и не могут быть применены в производстве.

Рекомендации

Выбор рассматриваемого электродвигателя следует проводить с учетом следующих особенностей:

1. Мощность – основной показатель, который влияет на срок службы. При возникновении нагрузки, которая превосходит возможности электродвигателя, он начинает перегреваться. При сильной нагрузке, возможно искривление вала и нарушение целостности других компонентов системы. Поэтому следует помнить о том, что диаметр вала и другие показатели выбираются в зависимости от мощности двигателя.
2. Наличие системы охлаждения. Обычно особого внимания на то, как проводится охлаждение, никто не уделяет. Однако при постоянной работе оборудования, к примеру под солнцем, следует задуматься о том, что модель должна быть предназначена для продолжительной работы под нагрузкой при тяжелых условиях.
3. Целостность корпуса и его вид, год выпуска – основные моменты, на которые уделяют внимание при покупке двигателя бывшего употребления. Если имеются дефекты корпуса, велика вероятность того, что конструкция имеет повреждения и внутри. Также, не стоит забывать о том, что подобное оборудование с годами теряет свой КПД.
4. Особое внимание нужно уделять корпусу, так как в некоторых случаях можно провести крепление только в определенном положении. Самостоятельно создать посадочные отверстия, приварить уши для крепления практически невозможно, так как нарушение целостности корпуса не допускается.
5. Вся информация об электродвигателе находится на пластине, которая прикрепляется к корпусу. В некоторых случаях, есть только маркировка, по расшифровке которой можно узнать основные показатели работы.

В заключение отметим, что многие двигатели, которые были произведены несколько десятилетий назад, зачастую проходили восстановительные работы. От качества проведенной восстановительной работы зависят показатели электродвигателя.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

В Германии создали автомобильный электродвигатель без постоянных магнитов — дешевле, экономичнее и эффективнее

3DNews Технологии и рынок IT. Новости автомобили, мотоциклы, транспортные сред… В Германии создали автомобильный электро… Самое интересное в обзорах 13.05.2021 [11:32],  Геннадий Детинич Немецкая компания Mahle разработала автомобильный электродвигатель без постоянных магнитов. Это позволит снизить зависимость от китайских поставок редкоземельных металлов и сделает электромоторы дешевле. Также отсутствие постоянных магнитов позволило повысить КПД электродвигателей на всех режимах работы. Для индустрии электромобилей новый двигатель обещает заметный прорыв в характеристиках машин и снижение стоимости обслуживания. Источник изображения: Mahl В подавляющем большинстве современных электродвигателей для электрического транспорта используются постоянные магниты преимущественно из редкоземельных металлов. Всё бы ничего, только руку на пульсе поставок этого сырья держит Китай и довольно жёстко регулирует этот рынок. Руду с содержанием редкоземельных металлов добывают во многих частях мира, но производство по переработке в основном сосредоточено в Китае, где рабочая сила дешевле, а экологические нормы не такие строгие. Как результат, за последнее десятилетие цена на неодим выросла на 750 %, а стоимость диспрозия выросла на 2000 % и, очевидно, это не предел. Подобная ситуация заставляет разработчиков создавать электродвигатели без постоянных магнитов, заменяя их катушками индуктивности в составе ротора двигателя. Однако это тянет за собой массу проблем. Источник изображения: Mahl Для передачи электрического тока на катушки в роторе требуется создать надёжные и долговечные скользящие контактные передачи. Высокие токи и постоянная нагрузка делают такие узлы менее надёжными, что недопустимо для электротранспорта с высокой эксплуатационной нагрузкой. Инженеры компании Mahle смогли обойти эту проблему, предложив схему индукционной (беспроводной) передачи тока на катушки в роторе. Это практически как беспроводная зарядка смартфона. Источник изображения: Mahl По словам создателей, предложенная конструкция показала высочайшую эффективность, поскольку позволяет регулировать силу магнитного поля, генерируемую катушками в роторе, в соответствии с рабочей нагрузкой и режимом работы электродвигателя. Получился своего рода «умный» электродвигатель, КПД которого на высоких оборотах достигает 95 %. Также двигатель без скользящих контактов можно обслуживать гораздо реже, что экономит время и деньги на поддержание транспортной системы в порядке. Источник изображения: Mahl Как уверяют в Mahle, новые электродвигатели пригодны как для легковых автомобилей, так и для грузового и пассажирского транспорта. Образцы электродвигателей уже рассылаются заинтересованным автопроизводителям, а внедрение в массовое производство ожидается примерно через два с половиной года. Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews.ru/1039492/v-germanii-sozdali-avtomobilniy-elektrodvigatel-bez-postoyannih-magnitov-deshevle-ekonomichnee-i-effektivnee Рубрики: Новости Hardware, автомобили, мотоциклы, транспортные средства, Теги: электромотор, редкоземельный металл, электромобиль ← В прошлое В будущее →

В дешевом, высокоэффективном новом двигателе электромобиля Mahle не используются магниты

Автомобильная промышленность

Посмотреть 4 изображения

Посмотреть галерею – 4 изображения

Магниты, обычно использующие редкоземельные металлы, такие как неодим, находятся в основе большинства двигателей электромобилей. Приятно иметь постоянный источник мощного редкоземельного магнетизма в вашем роторе, потому что вместо этого использование питаемых катушек означает, что вам нужно каким-то образом передавать электричество от батареи к катушкам во вращающемся роторе. Это означает, что вам понадобится скользящая точка контакта, а скользящие точки контакта со временем изнашиваются.

Постоянные магниты, тем не менее, поставляются с собственным багажом. Девяносто семь процентов мировых поставок редкоземельных металлов поступает из Китая, и государственный контроль над таким важным ресурсом в ряде высокотехнологичных отраслей в прошлом был серьезной проблемой. Официальные отчеты расходятся во мнениях относительно того, почему Китай решил ограничить экспорт редкоземельных элементов еще в начале десятилетия, как это обычно бывает в официальных отчетах, но результатом в любом случае стал скачок цен на неодим на 750% и скачок цен на диспрозий на 2000%. .

Могут ли эти металлы быть произведены в другом месте? Да.

Они не так редки, как можно предположить из названия. Но где бы они ни добывались, единственный способ экономически выгодно превратить их в магниты — это отправить их на переработку в Китай — больше нигде в мире не созданы условия для этой задачи, и никто не может конкурировать с Китаем по минимальным трудозатратам и экологическим нормам.

Так что это серьезная бита, которую Китай может использовать в торговых переговорах, и реальная проблема безопасности линии поставок для других стран. Несколько компаний, в том числе BMW, Audi, Renault и другие, уже производят как минимум часть своих электродвигателей без магнитов; все остальные присматриваются к новым технологиям в этой области.

Именно в этом контексте немецкая компания Mahle только что объявила о выпуске нового электродвигателя, который, похоже, очень аккуратно решает множество проблем.

Вместо магнитов в роторе используются намотанные катушки

Mahle

В новой конструкции Mahle не используются магниты, вместо этого в роторе используются катушки с питанием. В отличие от предыдущих попыток, он передает мощность на вращающийся ротор с помощью бесконтактной индукции, поэтому практически нет поверхностей износа. Это должно сделать его чрезвычайно долговечным — не то чтобы электродвигатели имеют репутацию нуждающихся в большом обслуживании.

Отсутствие дорогих металлов должно сделать его производство дешевле, чем обычные двигатели с постоянными магнитами. Mahle говорит, что возможность настраивать и изменять параметры магнетизма ротора вместо того, чтобы зацикливаться на том, что предлагает постоянный магнит, позволила его инженерам достичь эффективности выше 95 процентов во всем диапазоне рабочих скоростей — «уровень, который был достигнут только гоночными автомобилями Формулы E».

Он также особенно эффективен на высоких скоростях, поэтому при обычном использовании он может помочь выжать из аккумулятора несколько дополнительных миль. Компания заявляет, что она будет хорошо масштабироваться от размеров, соответствующих компактным автомобилям, до коммерческих автомобилей.

Беспроводной передатчик подает питание на ротор, используя переменное поле, которое преобразуется в постоянный ток для магнитных катушек

Mahle

«Наш безмагнитный двигатель, безусловно, можно назвать прорывом, поскольку он обеспечивает ряд преимуществ, которые еще не были объединены в продукте такого типа», — говорит д-р Мартин Бергер, вице-президент Mahle по корпоративным исследованиям и передовым технологиям. «В результате мы можем предложить нашим клиентам продукт с выдающейся эффективностью по сравнительно низкой цене».

По данным IEEE Spectrum, массовое производство начнется примерно через два с половиной года, и Mahle еще не указала, с какими производителями автомобилей она имеет дело, но тестовые образцы уже начинают распространяться.

Источник: Mahle через IEEE Spectrum

Посмотреть галерею – 4 изображения

Лоз Блейн

Лоз был одним из самых разносторонних авторов с 2007 года и с тех пор зарекомендовал себя как фотограф, видеооператор, ведущий, продюсер и инженер подкастов, а также как старший автор статей. Присоединившись к команде в качестве специалиста по мотоциклам, он освещал почти все для New Atlas, в последнее время сосредоточившись на eVTOL, водороде, энергии, авиации, аудиовизуальных, странных вещах и вещах, которые работают быстро.

Инновационный безмагнитный электродвигатель Mahle для электромобилей: как он работает и в чем его важность

8 июня 2021 г., 15:22 UTC • Автор:

Ведущие немецкие технологические гиганты из компании Mahle разработали электродвигатель, в котором не используются постоянные магниты. У него есть потенциал для питания широкого спектра транспортных средств, он очень эффективен и может производиться без использования редкоземельных минералов.

7 фотографий

Фото: Mahle GmbH

С ДВС в зеркале заднего вида автомобильная промышленность ускоряет разработку электрических силовых агрегатов, и Mahle является одной из компаний, которые концентрируют большую часть своих ресурсов на совершенствовании существующих технологий.

Возможно, это не первый производитель, разработавший его, но новый безмагнитный двигатель, созданный Mahle, является первым в своем роде двигателем, в котором используется масштабируемая конструкция, что означает, что его можно использовать для приведения в действие транспортных средств многих размеров, от небольших пассажирских автомобилей в более крупные коммерческие автомобили.

Он работает путем создания необходимого магнитного поля с помощью медных катушек возбуждения, расположенных внутри ротора, которые заменяют традиционно используемые постоянные магниты. Мощность передается беспроводным способом, бесконтактно и, следовательно, без износа.

Фото: Mahle GmbH

Ключевой частью сборки является беспроводной передатчик, который использует переменное поле для передачи энергии ротору. Затем это поле преобразуется в постоянный ток для вышеупомянутых катушек, создавая дополнительное магнитное поле, которое позволяет двигателю генерировать крутящий момент.

По словам Мале, возможность регулировать параметры магнетизма ротора вместо того, чтобы ограничиваться использованием традиционных магнитов, привела к максимальной производительности во всем диапазоне рабочих скоростей. Таким образом, он способен достичь эффективности выше 96%, что в настоящее время могут предложить только силовые агрегаты Formula E.

Этот высокоэффективный электродвигатель может стать лекарством от беспокойства по поводу запаса хода, поскольку автомобили, оснащенные им, смогут покрыть большее расстояние при полной зарядке. Компания заявляет, что будет поставлять его по относительно низкой цене, что может означать более дешевые электромобили.

Как мы все знаем, электродвигатели чрезвычайно надежны благодаря минимальному количеству движущихся частей. Поскольку он работает бесконтактно, что практически исключает механический износ, новаторская версия Mahle должна быть еще более надежной. Однако, если он нуждается в обслуживании, двигатель сконструирован таким образом, что его можно легко разобрать и снова собрать.