في هذه المقالة سوف أتحدث عن علبة التروس المغناطيسية التي طورناها. من المخطط استخدام علبة التروس هذه مع محرك بدون فرش. ستتحدث المقالة عن النطاق المحتمل لعلبة التروس هذه ، وإيجابياتها وسلبياتها مقارنة بعلب التروس التقليدية.
مقدمة
توفر المحركات بدون محركات (BLDC) طاقة عالية للغاية مع الحد الأدنى للحجم. يتحقق ذلك بفضل مغناطيسات الأرض النادرة القوية. عند إنشاء محرك في شكل صغير ، لا يوجد منافسة لهذه المحركات.
ومع ذلك ، على الرغم من القوة العالية ، فإن الحجم الصغير للمحرك يفرض العديد من القيود عليه مثل: لحظة صغيرة ، وسرعات تشغيل عالية ، ومنطقة تبريد صغيرة. لا تسمح لك هذه القيود باستخدام الإمكانات الكاملة للمحرك. لذلك ، على سبيل المثال ، محرك عامل الشكل 540 (D = 36mm L = 54mm) قادر على توصيل الطاقة التي تزيد عن كيلووات بكفاءة جيدة إلى حد ما ، ولكن هذا ممكن فقط بسرعات عالية جدًا ، عندما يصبح من الصعب جدًا إزالة هذه الطاقة من المحرك. في الوضع الاسمي ، يمكن أن ينتج مثل هذا المحرك بدون تدفق هواء قسري 200-400 واط.
ينصب التركيز الرئيسي لفريق MotoChrome على تصميم وإنشاء محركات بدون فرش. عند تصميم المحرك لأحد العملاء ، واجهنا للتو المشاكل الموضحة أعلاه. كان العميل بحاجة إلى محرك بقطر صغير ، ولكن في نفس الوقت عزم دوران وكفاءة عالية إلى حد ما. للامتثال للمتطلبات ، تبين أن المحرك يبلغ طوله نصف متر تقريبًا وقطره 40 مم. تبين أن المحرك مكلف للغاية ويصعب تجميعه. في نفس الوقت ، لتحقيق نفس معلمات الطاقة ، من الممكن جعل المحرك أصغر 3 مرات ، ولكن باستخدام علبة التروس. وفي النهاية ، تم اختيار هذا الخيار.
يبدو استخدام علبة التروس كحل جيد. ولكن هناك العديد من المشاكل الأخرى التي لا تسمح باستخدامها بالكامل في جميع المحركات.
- وحدة إضافية مع احتمال الكسر وعمر خدمة محدود
- زيادة في الأبعاد الكلية ؛
- زيادة الضوضاء ، والتي يمكن أن تكون حاسمة في تشغيل الأجهزة تحت الماء ؛
- معظم علب التروس الميكانيكية لها قيود على عزم الدوران المنقول وسرعة العمود على عمود الإدخال لعلبة التروس ، والذي بدوره يفرض قيودًا / متطلبات إضافية على المحرك الكهربائي.
عند اختيار علبة التروس واجهنا مشكلتين رئيسيتين. 1) لكي يتمكن صندوق التروس من تحقيق الإمكانات الكاملة للمحرك بدون فرش ، يجب أن يكون قابلاً للمقارنة في الحجم مع حجم المحرك. مع ذلك ، يتوقف المحرك عن الضغط. 2) معظم علب التروس الميكانيكية غير قادرة على العمل بسرعات عالية (> 15000 دورة في الدقيقة) ، ونحن مهتمون بسرعات عالية. وافقت شركة واحدة فقط ... شركتان على أخذ طلب لعلبة التروس المطلوبة وتسليمها بعد 3 أشهر من تلقي الدفع. ما هي الموثوقية والمتانة ، لم نكتشف بعد ، ومع ذلك ، فإن الصعوبات المرتبطة بالعثور على علبة التروس المناسبة جعلتنا نفكر في هذه المشكلة أكثر.
خيار جيد ، من وجهة نظرنا ، كان علبة تروس مغناطيسية. لم يتلقوا بعد استخدامًا واسع النطاق ولا توجد معلومات كافية عنهم ، لذلك قررنا الخوض في عمق هذه المشكلة وجعل علبة التروس من تلقاء نفسها. سيسمح لنا ذلك بوضع نهج لنمذجه ويسمح لنا بحساب معلماته في المستقبل.
معدات مغناطيسية
قررنا عمل علبة تروس مغناطيسية وفقًا لمخطط مشترك ، وهو نظير لعلبة التروس الكوكبية. المغناطيس في المركز هو "ترس الشمس" ، والمغناطيس الموجود في الخارج هو "ترس حلقي (حلقة)" ، فيما بينها أسنان مادة لينة مغناطيسية بمثابة "الناقل".
يحتوي هذا التصميم على لحظة تعليق قصوى في الحد الأدنى من الحجم وهو مناسب تمامًا لمهمتنا. ونتيجة لذلك ، قمنا بتصميم وتصنيع العينة التالية.
يبلغ قطر هذه العينة 36 مم. يتم تصنيع جزء الإدخال في علبة التروس وفقًا لمعيار NEMA 17. وبدلاً من عمود الإخراج ، قمنا بصنع غطاء حماية عالمي ، والذي يسمح بإرفاق حمولة مختلفة إليه في العمل التجريبي والاختبارات والتجارب ، وإذا لزم الأمر ، تثبيت العمود ، بفضل فتحة التثبيت الأساسية في وسط لوحة الواجهة. بالمناسبة ، قمنا بتطبيق مفهوم الحوامل العالمية لمحركنا الإلكتروني ، والذي نستعده للإنتاج والبيع بالجملة في الاتحاد الروسي (سنكتب مقالة منفصلة عنه).
كانت معلمات علبة التروس الناتجة قريبة جدًا من المعلمات المحسوبة. لديها انخفاض بنسبة 1:10 وقادرة على الحفاظ على لحظة 0.53 نيوتن متر على عمود الإخراج تحت الحمل الساكن. هذا مؤشر جيد بما فيه الكفاية لهذه الأبعاد. للمقارنة ، فإن المحرك في نفس الأبعاد سيعطي مثل هذه اللحظة بكفاءة أقل من 50 ٪ ، وسيكون لنظام مع علبة التروس هذه كفاءة بنسبة 80 ٪.
بالإضافة إلى ذلك ، تبين أن علبة التروس سلسة للغاية وهادئة. في ذلك ، لا يشعر أي اهتزازات على الإطلاق أثناء الدوران ، يتم نقل اللحظة بلطف شديد. حددت هذه الخاصية الاسم الذي قدمناه لعلبة التروس - "Smoother".
بضع بكرات مع العتاد
الاستنتاجات
بعد الاختبار الأولي ، تمكنا من تحديد المزايا التالية للتروس المغناطيسي مقارنةً بالمعدات الميكانيكية:
- ترس مغناطيسي هادئ
- لا تخاف من الدورات العالية. الحلقة الضعيفة فيه هي فقط المحامل ، والتي تحد أيضًا من المحرك.
- دائم في ذلك ، كما هو الحال في المحرك ، لا يوجد شيء للانفصال عن المحامل.
- علبة التروس قادرة على تغذية اللحظة وتثبيتها بسلاسة. على سبيل المثال ، إذا قمت بعمل قبضة على علبة التروس هذه وقمت بتثبيت شيء هش ، فإن رعشة المحرك لن تدمره.
- صندوق التروس هذا محمي ضد التحميل الزائد. إذا تم تجاوز الحمل المسموح به على عمود صندوق التروس الميكانيكي ، فسوف تنهار التروس الموجودة فيه وانحشرت ، مما قد يؤدي أيضًا إلى تلف المحرك أو وحدة التحكم. ستنقل التروس المغناطيسية ببساطة ولن تنكسر ، ولن يتوقف المحرك.
حددنا أيضًا عددًا من أوجه القصور:
- إن عزم دوران علبة التروس محدود بحجم وقوة المغناطيس القصوى. علبة التروس الميكانيكية قادرة على نقل عزم دوران أكبر بكثير في نفس الحجم.
- مغناطيس علبة التروس حساسة لدرجة الحرارة ويمكن إزالتها عن طريق السخونة الزائدة.
- نظرًا لأن علبة التروس تستخدم مغناطيسًا مصنوعًا من مواد أرضية نادرة ، فإن إنشاء علب تروس ذات أبعاد من هذا النوع أمر صعب.
بناءً على النتائج ، قمنا بتشكيل تطبيقات لعلب التروس من هذا النوع:
- في علم الأحياء والطب وإجراءات أخرى لالتقاط وتحريك الأشياء التي تتطلب تحديدًا دقيقًا على جانب واحد (والذي يتم تحقيقه من خلال عدم وجود علبة التروس) وهناك خطر كبير من تلف الأشياء التي يعمل عليها المعالج ، على سبيل المثال ، الأنسجة والأعضاء البشرية (ليونة معدات الإخراج الموجودة في علبة التروس المغناطيسية ستحد حماية الدوار والحمولة الزائدة من الحد الأقصى للقوة المبذولة على العنصر الذي يتم تشغيله).
- في الأجهزة الصناعية التي تعمل فيها محركات عالية السرعة (كهربائية أو تعمل بالهواء المضغوط) في أماكن ضيقة ، يجب زيادة عزمها وتقليل السرعة إلى القيمة المسموح بها المطلوبة.
- في الأجهزة تحت الماء ، حيث يتم وضع متطلبات عالية على منتجات منخفضة الضوضاء
في الوقت الحالي ، يستمر اختبار علبة التروس. نختبره في ديناميكيات بأحمال وسرعات مختلفة. إذا سار كل شيء على ما يرام ، فيمكننا إدخال هذا التطور في مشروع حقيقي.