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1 # ulltpa84476127
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2 # 使用者3136867717565
電動機是一種以轉矩輸出為動力的裝置,而且有許多不同的品種,以適合不同的使用場合,例如:防爆電動機、起重用電動機、船用電動機、----等等很多種類。軸承也有許多不同的品種,以適合不同的使用場合,例如:深溝球軸承、角接觸軸承、錐形滾子軸承、推力軸承、----等等很多種類。
所以,電動機功率與軸承大小的關係不大,更重要的是:在選用適合的電機情況下、選擇合適的軸承。這就是機械設計的其中一部分,而不是用一句話或一個公式就能解決的。
功率大,質量小:由於一般來說電機的製作材料就是銅鐵,電機的密度相對確定,質量小,也可以理解為體積小。所以功率大、體積小,就是電機的功率密度大。
電機的體積Vr、視在功率Si以及同步轉速n_syn滿足下式:
其中,C為電機常數(Machine Constant),對於同一功率等級的電機來說基本上是個常數。
一般來說,永磁電機的功率密度(功率除以體積,注意不是轉矩密度)大於傳統電機,同功率等級的永磁電機和其他電機放在一起,就是肉眼可見的變小了。也就是說,永磁電機的C大於傳統電機。
C按每極機械功率的變化情況如下圖所示(p為極對數)。
我們來看看C的具體表達式——這裡把視在功率換成了機械功率
——(機械)電機常數 正比於 基波繞組係數 * 電流線密度 * 氣隙磁密
可以猜一下,永磁電機可能就是因為使得氣隙磁密變大而提高了電機常數。
繞組係數的設計自由度基本上是用於消除磁動勢等諧波了。
此外,透過合理地選擇冷卻方式,來提高電機的線密度——水油冷的電機就是比強制風冷的電機小。極限情況是超導電機,能夠達到體積小,功率大的要求。
除了努力提高C來提高電機的功率密度以外,從第一條式子來看,還可以透過提高n_syn來提高功率密度。這也就進入了高速電機的領域。這麼說吧,同樣是4極感應電機,500Hz、50kW的高速電機的體積應該和50Hz、5kW的差不多大。如果固定功率不變,提高激勵頻率,可以顯著降低電機的體積(質量),如下圖所示,其表示式為:
,其中m0, K, g (=0.8)都是常數,m是質量,f是頻率。
高速電機需要特別注意損耗,尤其是鐵耗,一般需要採用更大的氣隙等降低鐵芯飽和程度。此外,軸承限制了高速電機的壽命,同時也會產生損耗。為此有人提出了空氣軸承或者油膜軸承。但是這類軸承在電機起動時不可避免需要摩擦摩擦似魔鬼的,所以又有人決定用磁軸承。但是磁軸承體積大,成本高,又有人決定將磁軸承的功能整合到電機本身中去——即無軸承電機。
特斯拉model s的感應電機轉速高達1萬多轉,配了一個固定減速比的減速機構,採用了水冷(我忘了,好像轉子上也能水冷來著?),還進一步用了銅(導體)轉子,降低了轉子發熱,所提電機體積小功率大。
綜上,符合功率密度大要求的電機有:一般的永磁電機、超導電機、高速電機、無軸承高速電機等。