W zależności od rodzaju projektowanego systemu i środowiska, w którym działa, masa silnika może mieć bardzo duże znaczenie dla całkowitego kosztu i wartości operacyjnej systemu.Zmniejszenie masy silnika można osiągnąć w kilku kierunkach, w tym w zakresie uniwersalnej konstrukcji silnika, wydajnej produkcji komponentów i doboru materiałów.Aby to osiągnąć, konieczne jest udoskonalenie wszystkich aspektów rozwoju silników: od projektowania po wydajną produkcję komponentów przy użyciu zoptymalizowanych materiałów, zastosowanie lekkich materiałów i nowatorskie procesy produkcyjne.Ogólnie rzecz biorąc, sprawność silnika zależy od typu, wielkości, stopnia wykorzystania silnika, a także od jakości i ilości użytych materiałów.Dlatego też, biorąc pod uwagę wszystkie te aspekty, należy opracować silniki elektryczne przy użyciu energooszczędnych i opłacalnych komponentów.
Silnik to elektromechaniczne urządzenie do konwersji energii, które przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną w postaci ruchu liniowego lub obrotowego.Zasada działania silnika zależy głównie od interakcji pól magnetycznych i elektrycznych.Do porównania silników można zastosować wiele parametrów: moment obrotowy, gęstość mocy, konstrukcję, podstawową zasadę działania, współczynnik strat, reakcję dynamiczną i sprawność, przy czym ten ostatni jest najważniejszy.Przyczyny niskiej sprawności silnika można przypisać głównie następującym czynnikom: niewłaściwy rozmiar, niska sprawność elektryczna zastosowanego silnika, niska sprawność mechaniczna użytkownika końcowego (pompy, wentylatory, sprężarki itp.) Brak słabo działającego układu kontroli prędkości utrzymane lub nawet nieistniejące.
Aby zmaksymalizować wydajność energetyczną silnika, należy zminimalizować straty wynikające z różnych konwersji energii podczas pracy silnika.W rzeczywistości w maszynie elektrycznej energia jest przekształcana z elektrycznej na elektromagnetyczną, a następnie z powrotem na mechaniczną.Silniki elektryczne zwiększające wydajność różnią się od konwencjonalnych silników elektrycznych tym, że charakteryzują się minimalnymi stratami.W rzeczywistości w silnikach konwencjonalnych straty są spowodowane głównie przez: straty tarcia i straty mechaniczne spowodowane stratami nawiewu (łożyska, szczotki i wentylacja) straty w żelazku próżniowym (proporcjonalne do kwadratu napięcia) związane ze zmianami kierunku przepływu straty spowodowane na histerezę rozproszonej energii rdzenia oraz straty spowodowane efektem Joule'a (proporcjonalne do kwadratu prądu) spowodowane prądami wirowymi powodowanymi przez prądy krążące i zmiany przepływu w rdzeniu.
właściwy projekt
Zaprojektowanie najbardziej wydajnego silnika jest kluczowym aspektem zmniejszenia masy, a ponieważ większość silników jest przeznaczona do powszechnego użytku, odpowiedni silnik do konkretnego zastosowania jest często większy niż faktycznie potrzebny.Aby stawić czoła temu wyzwaniu, ważne jest znalezienie firm produkujących silniki, które są skłonne wprowadzić zmiany w sposób częściowo niestandardowy, od uzwojeń silnika i elementów magnetycznych po rozmiar ramy.Aby mieć pewność, że uzwojenie jest prawidłowe, konieczna jest znajomość specyfikacji silnika, co umożliwi utrzymanie dokładnego momentu obrotowego i prędkości wymaganej dla danego zastosowania.Oprócz regulacji uzwojeń producenci mogą również zmieniać konstrukcję magnetyczną silnika w oparciu o zmiany przepuszczalności.Właściwe umieszczenie magnesów ziem rzadkich pomiędzy wirnikiem a stojanem może pomóc w zwiększeniu całkowitego momentu obrotowego silnika.
nowy proces produkcyjny
Producenci są w stanie stale ulepszać swój sprzęt, aby produkować komponenty silników o wyższej tolerancji, eliminując grube ściany i gęste obszary, które kiedyś służyły jako margines bezpieczeństwa przed pęknięciem.Ponieważ każdy element został przeprojektowany i wyprodukowany przy użyciu najnowszej technologii, masę można zmniejszyć w wielu miejscach, w których znajdują się elementy magnetyczne, w tym izolacja i powłoki, ramy i wały silnika.
wybór materiału
Wybór materiału ma ogólny wpływ na działanie silnika, wydajność i wagę, co jest najbardziej oczywistym przykładem tego, dlaczego tak wielu producentów stosuje ramy aluminiowe zamiast stali nierdzewnej.Producenci w dalszym ciągu eksperymentują z materiałami o właściwościach elektromagnetycznych i izolacyjnych, a producenci stosują różnorodne materiały kompozytowe, a także lżejsze metale, które stanowią lekką alternatywę dla elementów stalowych.Do celów instalacyjnych dostępnych jest wiele wzmocnionych tworzyw sztucznych, polimerów i żywic, w zależności od specyficznych wymagań użytkownika dotyczących finalnego silnika.Ponieważ projektanci silników nadal eksperymentują i badają alternatywne komponenty, w tym powłoki o niższej gęstości i żywice do celów uszczelniających, tchną nowe życie w proces produkcyjny, który często wpływa na masę silnika.Dodatkowo producenci oferują silniki bezramowe, co może mieć wpływ na masę silnika poprzez całkowite wyeliminowanie ramy.
podsumowując
Technologie wykorzystujące lekkie materiały, nowatorskie procesy produkcyjne i materiały magnetyczne w celu zmniejszenia masy silnika i poprawy jego wydajności.Silniki elektryczne, szczególnie w zastosowaniach motoryzacyjnych, stanowią coraz większą liczbę technologii przyszłości.Zatem nawet jeśli przed nami jeszcze długa droga, miejmy nadzieję, że technologia ta stanie się coraz bardziej skonsolidowana, a silniki elektryczne o zwiększonej wydajności rozwiążą problemy związane z oszczędnością energii.
Czas publikacji: 28 lipca 2022 r