Perlengkapan magnetik untuk motor tanpa sikat

Pada artikel ini saya akan berbicara tentang gearbox magnetik yang dikembangkan oleh kami. Gearbox ini rencananya akan digunakan bersamaan dengan motor brushless. Artikel ini akan membahas tentang ruang lingkup kemungkinan gearbox ini, pro dan kontra dibandingkan dengan gearbox konvensional.

Pendahuluan

Motor tanpa motor tanpa sikat (BLDC) menawarkan daya yang sangat tinggi dengan ukuran minimum. Ini dicapai berkat magnet tanah jarang yang kuat. Saat membuat motor dalam faktor bentuk kecil, mesin seperti itu tidak memiliki pesaing.

Namun, meskipun daya tinggi, ukuran kecil motor memaksakan banyak pembatasan padanya seperti: momen kecil, kecepatan operasi tinggi, area pendinginan kecil. Pembatasan ini tidak memungkinkan Anda untuk menggunakan potensi penuh motor. Jadi, misalnya, motor faktor bentuk 540 (D = 36mm L = 54mm) mampu memberikan daya lebih dari satu kilowatt dengan efisiensi yang cukup baik, tetapi ini hanya mungkin pada kecepatan yang sangat tinggi, ketika menjadi sangat sulit untuk menghapus daya ini dari motor. Dalam mode nominal, motor seperti itu tanpa aliran udara paksa dapat menghasilkan 200-400 watt.

Fokus utama tim MotoChrome kami adalah desain dan pembuatan motor tanpa sikat. Saat merancang motor untuk salah satu pelanggan, kami hanya mengalami masalah yang dijelaskan di atas. Pelanggan membutuhkan motor dengan diameter kecil, tetapi pada saat yang sama torsi dan efisiensinya cukup tinggi. Untuk memenuhi persyaratan, motor ternyata panjangnya hampir setengah meter dengan diameter 40 mm. Motornya ternyata cukup mahal dan sangat sulit dipasang. Pada saat yang sama, untuk mencapai parameter daya yang sama, dimungkinkan untuk membuat motor 3 kali lebih kecil, tetapi menggunakan gearbox. Dan pada akhirnya, opsi ini dipilih.





Menggunakan gearbox sepertinya solusi yang bagus. Tetapi dengan itu ada banyak masalah lain, yang tidak memungkinkan penggunaan penuh mereka di semua mesin.

• unit tambahan dengan kemungkinan kerusakan dan masa kerja terbatas
• peningkatan dimensi keseluruhan;
• peningkatan kebisingan, yang bisa sangat penting dalam pengoperasian perangkat bawah air;
• kebanyakan gearbox mekanis memiliki batasan pada torsi yang ditransmisikan dan kecepatan poros pada poros input gearbox, yang pada gilirannya mengenakan batasan / persyaratan tambahan pada motor listrik.

Memilih gearbox kami mengalami dua masalah utama. 1) Agar gearbox menyadari potensi penuh dari motor brushless, ukurannya harus sebanding dengan ukuran motor. Dengan itu, motor berhenti menjadi kompak. 2) Sebagian besar gearbox mekanis tidak dapat bekerja pada kecepatan tinggi (> 15000 RPM), dan kami tertarik pada kecepatan tinggi. Hanya 1 ... 2 perusahaan yang setuju untuk mengambil pesanan untuk gearbox yang diperlukan dan mengirimkannya 3 bulan setelah menerima pembayaran. Apa yang akan keandalan dan daya tahannya, kami belum mencari tahu, namun, kesulitan yang terkait dengan menemukan gearbox yang tepat membuat kami memikirkan masalah ini lebih lanjut.

Pilihan yang baik, dari sudut pandang kami, adalah gearbox magnetik. Mereka belum menerima penggunaan luas dan tidak ada informasi yang cukup tentang mereka, jadi kami memutuskan untuk mempelajari lebih dalam masalah ini dan membuat gearbox sendiri. Ini akan memungkinkan kami untuk melakukan pendekatan pada pemodelannya dan memungkinkan kami untuk menghitung parameternya di masa mendatang.

Peralatan magnetik

Kami memutuskan untuk membuat gearbox magnetis sesuai dengan skema umum, yang merupakan analog dari gearbox planetary. Magnet di tengah adalah "sun gear", magnet di luar adalah "ring gear (epicycle)", di antaranya gigi yang terbuat dari bahan magnetik lunak bertindak sebagai "pembawa".


Desain ini memiliki momen penahanan maksimum dalam volume minimum dan sangat cocok untuk tugas kita. Sebagai hasilnya, kami merancang dan membuat sampel berikut.



Diameter sampel ini adalah 36mm. Bagian input dari gearbox dibuat sesuai dengan standar NEMA 17. Alih-alih poros output, kami membuat faceplate universal, yang memungkinkan melampirkan beban yang berbeda untuk itu dalam pekerjaan eksperimental, tes dan percobaan, dan, jika perlu, memasang poros, berkat lubang pemasangan dasar di tengah pelat muka. Omong-omong, kami menerapkan konsep tunggangan universal ke motor Electron kami, yang kami persiapkan untuk produksi dan penjualan serial di Federasi Rusia (kami akan menulis artikel terpisah tentang hal itu).

Parameter dari gearbox yang dihasilkan cukup dekat dengan yang dihitung. Ini memiliki penurunan 1:10 dan mampu mempertahankan momen 0,53 Nm pada poros output di bawah beban statis. Ini adalah indikator yang cukup baik untuk dimensi seperti itu. Sebagai perbandingan, motor dalam dimensi yang sama akan memberikan momen dengan efisiensi di bawah 50%, dan sistem dengan gearbox ini akan memiliki efisiensi 80%.



Selain itu, gearbox ternyata sangat halus dan sunyi. Di dalamnya, sama sekali tidak ada sentakan yang dirasakan selama rotasi, momen ditransmisikan dengan sangat lembut. Properti ini menentukan nama yang kami berikan pada gearbox - “Lebih halus”.

Kesimpulan

Setelah pengujian awal, kami dapat mengidentifikasi keuntungan berikut dari gigi magnetik dibandingkan dengan yang mekanis:

1. Perlengkapan magnetik yang tenang
2. Tidak takut putaran tinggi. Link lemah di dalamnya hanya bantalan, yang juga membatasi motor.
3. Tahan lama Di dalamnya, seperti di motor, tidak ada yang terlepas dari bantalan.
4. Gearbox mampu memberi makan dan menahan momen dengan lancar. Misalnya, jika Anda menggenggam gearbox dan menjepit benda yang rapuh, maka sentakan motor tidak akan menghancurkannya.
5. Gearbox semacam itu dilindungi terhadap kelebihan. Jika beban yang diizinkan terlampaui pada poros gearbox mekanis, maka gigi di dalamnya akan runtuh dan macet, yang juga dapat menyebabkan kerusakan pada motor atau pengontrol. Gigi magnetik hanya akan engkol dan tidak pecah, dan motor tidak akan berhenti.

Kami juga mengidentifikasi sejumlah kekurangan:

1. Torsi gearbox dibatasi oleh volume dan kekuatan maksimum magnet. Gearbox mekanis mampu mentransmisikan torsi yang jauh lebih besar dalam volume yang sama.
2. Magnet gearbox sensitif terhadap suhu dan dapat mengalami kerusakan magnetik karena terlalu panas.
3. Karena gearbox menggunakan magnet yang terbuat dari bahan rare-earth, pembuatan gearbox dimensi jenis ini sulit.

Berdasarkan hasil, kami telah membentuk aplikasi untuk gearbox jenis ini:

• dalam biologi, kedokteran, dan prosedur lain untuk menangkap dan memindahkan objek yang membutuhkan penentuan posisi yang tepat di satu sisi (yang dicapai oleh gearlessness dari gearbox) dan ada risiko tinggi kerusakan pada objek yang bekerja dengan manipulator, misalnya, jaringan dan organ manusia (kelembutan dari gear keluaran yang ada di gearbox magnetik) perlindungan rotor dan kelebihan beban akan membatasi gaya maksimum yang diberikan pada item yang dioperasikan).
• pada perangkat industri di mana mesin kecepatan tinggi (listrik atau pneumatik) beroperasi di ruang terbatas, torsi yang harus ditingkatkan dan kecepatan dikurangi hingga nilai yang diizinkan yang diperlukan.
• dalam instrumen bawah laut, di mana permintaan tinggi ditempatkan pada produk dengan kebisingan rendah

Saat ini, pengujian gearbox berlanjut. Kami mengujinya dalam dinamika pada berbagai muatan dan kecepatan. Jika semuanya berjalan dengan baik, maka kita dapat memperkenalkan pengembangan ini menjadi proyek nyata.