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馬達設計:軛部 ( I )

来源: 心得 rexwumotor 2022-7-24 14:35 顯示全部回文 |閱讀模式
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雖然在之前的名詞介紹中,提到軛部的設計較為簡單,但世面上仍有許多忽略軛部設計的馬達,因此特別來說明解釋一下。

單就電磁設計的角度,軛部僅需滿足磁通即可。下圖中為馬達內部磁力線分佈情況,可觀察到在不同位置的疏密度不同,就代表各處的磁通密度不同。此時還需要注意,採用不同導磁材料時,其可接受的磁通密度會有差異,如矽鋼片可接受的磁通密度在1.8T左右,而空氣則為0.6T。由於馬達當中,大多採用矽鋼片作為導磁材料,協助磁通傳遞,因此軛部的磁通密度應低於1.8T以內。  

馬達設計:軛部 ( I )1990

磁力線


若設計磁通密度超過矽鋼片可容納的量,則會產生漏磁現象。在現實世界中的表現,就是馬達外殼處會有磁吸力。則馬達真的運轉時,會有電磁波外洩,且殼件上會有渦流損,造成額外的熱反應。

實際的例子,就如同下圖一樣,在馬達的外殼處,還有多一層金屬環;其實就代表原本的軛部尺寸不足,有漏磁現象。當然,這種情況也有可能是廠商想要節省成本,以金屬環取代矽鋼片;商品考量的馬達設計,成本往往是最重要的KPI。  


馬達設計:軛部 ( I )5685

漏磁補償措施


真實的軛部設計,除了電磁場的合理性外,還有機械強度的考量。當軛部的機械強度不足時,則馬達內部的電磁力作用時,矽鋼片會產生形變,造成馬達的振動及噪音現象。

馬達設計:軛部 ( I )6581

形變模態


其實最合理的設計順序,是確認好馬達輸出規格後,計算在矽鋼片上作用的電磁力大小,將軛部的可承載力設計為電磁力的3倍以上;這可承載的力會受到材料的機械強度、尺寸及形狀影響。一但材質、尺寸及形狀確認後,再進行振動頻率分析,確認馬達電磁力作用的頻率不會遇到馬達的共振頻。

但上述這力學及共振的領域,基本上屬於機械科系的範疇;而馬達設計者大多為電機系,對此並不熟悉。因此常見的馬達設計準則,針對軛部的機械強度設計辦法變為,將軛部的磁通密度設計為1.2T左右,這樣就會增加軛部尺寸的效果,進而達到軛部機械強度設計的結果。

此外,矽鋼片為了降低馬達鐵損,會採用薄片型式,再堆疊到所需的馬達積厚。為了將薄片相互固定,會在軛部將每一片鉚接在一起,稱為鉚合;如下圖中紅圈位置所示。然而這鉚接部份會造成導磁能力下降,類似遇到道路維修,車流一定會變慢一樣。因此在軛部仍設計較高的磁通密度時,在鉚點位置就會造成漏磁情況產生;若能降低軛部磁通密度,則不需要擔心鉚點的影響。  

馬達設計:軛部 ( I )4669

鉚合


重點整理:
最低程度,需不漏磁。
除了電磁作用外,還要考慮機械強度及加工造成的影響。
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