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眾所周知,與傳統直流電機和異步電機相比,轉子永磁電機具有更高的功率密度和效率。兩者的主要結構區別在于永磁體安裝在定子側還是轉子側。這三種新型永磁無刷電機在結構上有很多相似之處。例如,定子鐵芯和轉子鐵芯均為雙凸極結構。雖然這三種電機由于永磁體的放置方式都屬于定子永磁電機的范疇,但它們的工作原理卻截然不同,各有優缺點。一般來說,定子與電機殼體的配合需要滿足軸向定位、徑向定位、防旋轉三個基本功能。
需要注意的是,軸向壓應力并不是均勻分布在定子鐵芯的整個表面上,而是呈現出螺栓連接位置局部應力較大而其他位置較小的狀態,螺栓通孔如干涉方案的外表面。與油環一樣,為了電磁性能,設計時應考慮冗余。兩種方案的定子軸向定位都是通過殼體內部的階梯式定位面實現的,而螺栓固定方案會在定子鐵芯的外周上開設多個螺栓通孔。從定子固定方案的角度,從機械、冷卻、性能、工藝成本等幾個不同維度進行分析分享。
經過這樣的對比分析,可以發現兩種方案不同應力狀態對電機性能的影響很難給出定量的結論。基于上述理論,作者認為與無應力定子相比,干涉方案定子磁軛的鐵損會降低,電機的磁滯損耗和渦流損耗也會降低,并且輸出性能會更好。其永磁體和電樞繞組均位于定子內。與轉子永磁電機相比,永磁體可以方便地直接冷卻以控制其溫升;電樞繞組多為短端集中繞組。用銅少,電樞繞組電阻小,銅耗低。
然而,轉子永磁電機通常需要對轉子采取特殊的加固措施,以克服高速運行時的離心力,例如安裝非金屬纖維材料或不銹鋼制成的套管。這樣做的后果是,不僅結構變得更加復雜,制造成本變高,而且其等效氣隙增大,降低了電機的性能。不過,兩者都是標桿,只是它們的電機油冷卻方案不同,最終得到的定子固定方案也不同。 TeslaMolde 3采用定子鐵芯外圓與殼體之間的過盈連接(以下簡稱過盈方案)。此方案與水冷電機一致。
另外,為了讓冷卻油順利通過整個電機油路系統,甚至在干涉方案中以一定的流量注入,從進油口到出油口必然會產生較大的壓降,這對油泵容量提出了更高的要求。但我們可以通過特殊設計電機的定子和轉子,例如使用斜轉子,來獲得正弦感應電勢。
我們知道,在傳統的轉子永磁電機中,永磁體位于電機的轉子側。電機行業還可以根據永磁體的位置將其分為4種基本結構:1)表面貼裝型; 2)嵌入式; 3)徑向嵌入型; 4)切向嵌入型。如果螺栓提供的軸向預緊力不足,定子產生的電磁力將克服靜摩擦力,噪聲最終會通過螺栓傳遞到殼體。
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