旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計(jì)的案例
成功實(shí)現(xiàn)的正反旋轉(zhuǎn)軸向磁通電機(jī)
某一天在油管上刷視頻，突然刷到一個可以正反旋轉(zhuǎn)的軸向磁通電機(jī)的運(yùn)行視頻，覺得很新奇，同時(shí)在想自己是否也能利用軸向磁場電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反旋轉(zhuǎn)這種功能。
既然確定了制作和研發(fā)的方向，那么就開始分析網(wǎng)上的視頻，看有沒有什么特殊的門道。
視頻中的圖是這樣的，扭成麻花式的銅繞組，左右兩個旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。看圖片感覺手工做的挺粗糙的，但前后繞組的平整度一定經(jīng)過測量和注意的，兩邊的尺寸公差要求一定很高。
從圖中可看出是12槽24級的電機(jī)，中間有斜著繞的線圈繞組，那么就確定了需要仿真的參數(shù)，就可以開始在ANSYS軟件中建立軸向磁場電機(jī)的3d模型。
線圈是呈角度放置的
經(jīng)過多次的仿真和驗(yàn)算，終于得到一些這種正反旋轉(zhuǎn)軸向磁通的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，各個零部件的尺寸、磁鋼的厚度、繞組的匝數(shù)、電流密度等等關(guān)鍵性能的參數(shù)確定。
那么下面就開始耗錢耗精力的制作過程了。
等等！想明白做這個有什么用了沒？別到時(shí)候做成功了，往哪用呢？做個只能裝X的擺設(shè)可就浪費(fèi)口袋里的銀子了。
雙旋翼直升機(jī)
經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，首先這種雙旋翼的直升機(jī)是可以的，好處就不用科普了，有螺旋槳的地方就是要正反旋轉(zhuǎn)。如果是這樣那用處就太多了，船、飛行器、潛水艇，甚至是上火星的飛行器都行，總之天上飛的，地上跑的海里游的都可以用，想想就有點(diǎn)小激動，想象著成功應(yīng)用后上天入海的自由。
船，無人機(jī)、火星飛行器和機(jī)器人
既然可以用的地方那么多，就開始著手設(shè)計(jì)加工個樣機(jī)吧，錢不多，先做個小尺寸小功率的，開始畫圖、加工、繞線、裝配、測試，一堆的事逐步展開工作，下面的是三維渲染圖。為了安裝碳纖維的漿葉，在正反的兩個轉(zhuǎn)子上加工了安裝漿葉的結(jié)構(gòu)。
正反軸向磁場電機(jī)模型
最后，經(jīng)過一個月的加工和組裝，終于完成了！效果如下。
展開 干貨 | 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理和發(fā)電原理
關(guān)于電流、磁場和力
首先，為了便于后續(xù)電機(jī)原理說明，我們來回顧一下有關(guān)電流、磁場和力的基本定律/法則。雖然有一種懷舊的感覺，但如果平時(shí)不常使用磁性元器件，就很容易忘記這些知識。
電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理
下面介紹一下電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理。我們結(jié)合圖片和公式來說明。
當(dāng)導(dǎo)線框?yàn)榫匦螘r(shí)，要考慮到作用在電流上的力。
作用于邊a、c部分的力F為
產(chǎn)生以中心軸為心軸的轉(zhuǎn)矩。
例如，當(dāng)考慮到旋轉(zhuǎn)角度僅為θ的狀態(tài)時(shí)，與b和d成直角作用的力為sinθ，因此a部分的轉(zhuǎn)矩Ta由以下公式表示:
以相同的方式考慮c部分，則轉(zhuǎn)矩加倍，并生成由以下公式計(jì)算出來的轉(zhuǎn)矩：
由于矩形的面積為S＝h?l，因此將其代入上述公式可得出以下結(jié)果：
該公式不僅適用于矩形，也適用于圓形等其他常見形狀。電機(jī)就是利用了該原理。
電機(jī)的發(fā)電原理
上一篇文章介紹了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理。本文將介紹電機(jī)的發(fā)電原理。
如上一篇文章所述，電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為動力的設(shè)備，可以通過利用磁場和電流相互作用所產(chǎn)生的力來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。其實(shí)，反之，電機(jī)也能夠通過電磁感應(yīng)將機(jī)械能（運(yùn)動）轉(zhuǎn)換為電能。換個角度說，電機(jī)具有發(fā)電作用。
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電機(jī)的各種工作狀態(tài)和參數(shù)變化。用戶可通過調(diào)整仿真參數(shù)，快速得到電機(jī)的響應(yīng)和性能參數(shù)，從而進(jìn)行針對性的優(yōu)化和改進(jìn)。借助仿真APP，可大大減少電機(jī)設(shè)計(jì)迭代次數(shù)和成本，提高測試效率和準(zhǔn)確性。
對了，此APP非彼APP，不用下載安裝，直接瀏覽器（手機(jī)也可以）打開，調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)（定轉(zhuǎn)子、定子槽尺寸等）就可以在線云端計(jì)算，非常方便哦。如果不符合要求，還可以個性化定制，資深電機(jī)設(shè)計(jì)仿真工程師幫你搞定。
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下面給大家介紹一款好用的“軸向磁通電機(jī)仿真APP”。
軸向磁通電機(jī)是一種具有響應(yīng)速度快、精確控制、高效能等優(yōu)點(diǎn)的電動機(jī)。它廣泛應(yīng)用于自動化設(shè)備、汽車、電梯、風(fēng)力發(fā)電、機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、無人機(jī)和航空航天器等應(yīng)用領(lǐng)域。軸向磁通電機(jī)仿真APP可軸向磁通電機(jī)仿真計(jì)算，得到電機(jī)的磁密云圖、磁密矢量、磁鏈、反電動勢、齒槽轉(zhuǎn)矩等結(jié)果。
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參數(shù)設(shè)置
仿真計(jì)算結(jié)果展示（部分）
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展開 電機(jī)設(shè)計(jì)會議報(bào)名 | 打造全新升級的電機(jī)設(shè)計(jì)和聲品質(zhì)仿真
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如今，市場對電機(jī)性能的要求越來越高，新的電機(jī)設(shè)計(jì)需要對電機(jī)進(jìn)行多物理場的全方面的考慮。2019年10月，Ansys正式宣布將Motor-CAD集成到電機(jī)設(shè)計(jì)流程中，從而實(shí)現(xiàn)完整的端到端工作流程，集成了Ansys Motor-CAD的新電機(jī)設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)?em>電機(jī)設(shè)計(jì)工作流程擴(kuò)展到研發(fā)早期階段的概念設(shè)計(jì)工程團(tuán)隊(duì)，仿真可以在幾秒鐘內(nèi)完成，工程師有足夠的時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)探索。
近期，又一重磅網(wǎng)絡(luò)研討會專題「打造全新升級的電機(jī)設(shè)計(jì)和聲品質(zhì)仿真」即將上線，您將有機(jī)會近距離了解Ansys Motor-CAD軟件、電機(jī)設(shè)計(jì)流程、NVH仿真流程及電機(jī)聲品質(zhì)等主題內(nèi)容，歡迎報(bào)名并關(guān)注后續(xù)更多專題研討會！
打造全新升級的電機(jī)設(shè)計(jì)和聲品質(zhì)仿真
活動形式：網(wǎng)絡(luò)直播
時(shí)間：每天16:00
費(fèi)用：免費(fèi)
4月14日 | Ansys Motor-CAD 電機(jī)設(shè)計(jì)軟件功能介紹
簡介：由于市場上對電機(jī)性能的要求越來越高，新的電機(jī)設(shè)計(jì)需要對電機(jī)進(jìn)行多物理場的全方面的考慮。Motor-CAD 是專門針對電機(jī)設(shè)計(jì)而開發(fā)的一款工程軟件工具，在設(shè)計(jì)階段能夠更加高效地綜合分析電機(jī)電磁性能、熱管理、應(yīng)力結(jié)構(gòu)、駕駛工況，以及加工工藝對電機(jī)設(shè)計(jì)的影響，為工程師提供電機(jī)設(shè)計(jì)更加全面的解決方案。本次網(wǎng)絡(luò)研討會將詳細(xì)介紹和演示Motor-CAD 的功能。
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電機(jī)設(shè)計(jì)會議報(bào)名 | 打造全新升級的電機(jī)設(shè)計(jì)和聲品質(zhì)仿真
電機(jī)設(shè)計(jì)，作為Ansys 電氣化仿真解決方案中的重要一環(huán)，其在噪聲、振動與聲振粗糙度 (NVH)、電磁設(shè)計(jì)、材料等各方面有著非常完善的方案。
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4月14日 | Ansys Motor-CAD 電機(jī)設(shè)計(jì)軟件功能介紹
簡介：由于市場上對電機(jī)性能的要求越來越高，新的電機(jī)設(shè)計(jì)需要對電機(jī)進(jìn)行多物理場的全方面的考慮。Motor-CAD 是專門針對電機(jī)設(shè)計(jì)而開發(fā)的一款工程軟件工具，在設(shè)計(jì)階段能夠更加高效地綜合分析電機(jī)電磁性能、熱管理、應(yīng)力結(jié)構(gòu)、駕駛工況，以及加工工藝對電機(jī)設(shè)計(jì)的影響，為工程師提供電機(jī)設(shè)計(jì)更加全面的解決方案。本次網(wǎng)絡(luò)研討會將詳細(xì)介紹和演示Motor-CAD 的功能。
展開 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理和發(fā)電原理，一文讀懂！
簡而言之，電機(jī)可以通過使電流流經(jīng)引腳而獲得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，相反，當(dāng)電機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，在引腳之間會有電流流過。
01
電機(jī)的發(fā)電作用
如前所述，電機(jī)的發(fā)電依賴于電磁感應(yīng)。
以下是相關(guān)定律（法則）和發(fā)電作用的圖示。
左圖顯示電流按照弗萊明右手定則流動。通過導(dǎo)線在磁通中的運(yùn)動，在導(dǎo)線中產(chǎn)生電動勢并且有電流流動。
中間的圖和右圖表示按照法拉第定律和楞次定律，當(dāng)磁鐵（磁通）靠近或遠(yuǎn)離線圈時(shí)，電流沿不同的方向流動。
我們將在此基礎(chǔ)上來解釋發(fā)電原理。
02
發(fā)電原理詳解
假設(shè)面積為S（＝l×h）的線圈在均勻磁場中以ω的角速度旋轉(zhuǎn)。
此時(shí)，假設(shè)線圈表面的平行方向（中間圖中的黃線）和相對于磁通密度方向的垂直線（黑色虛線）形成角度為θ（=ωt），則穿透線圈的磁通量Φ由下式表示：
另外，通過電磁感應(yīng)在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E如下：
當(dāng)線圈表面的平行方向垂直于磁通方向時(shí)，電動勢變?yōu)榱悖綍r(shí)電動勢的絕對值最大。
這樣，電機(jī)就具備了發(fā)電作用。我在這里說明的是電機(jī)具有旋轉(zhuǎn)動作和發(fā)電作用，并不意味著要將電機(jī)用于發(fā)電。
展開 一篇全解：電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理、結(jié)構(gòu)、類型、故障排除
在額定電流下使電機(jī)保持鎖定的最大力矩為保持力矩。如果其中一相繞組的電流發(fā)生了變向， 則電機(jī)將順著一個既定方向旋轉(zhuǎn)一步（ 1.8度）。
同理， 如果是另外一項(xiàng)繞組的電流發(fā)生了變向， 則電機(jī)將順著與前者相反的方向旋轉(zhuǎn)一步（ 1.8度）。當(dāng)通過線圈繞組的電流按順序依次變向勵磁時(shí)， 則電機(jī)會順著既定的方向?qū)崿F(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)， 運(yùn)行精度非常高。對于1.8度兩相步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需200步。
兩相步進(jìn)電機(jī)有兩種繞組形式：雙極性和單極性。雙極性電機(jī)每相上只有一個繞組線圈， 電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)電流要在同一線圈內(nèi)依次變向勵磁， 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)上需要八個電子開關(guān)進(jìn)行順序切換。
單極性電機(jī)每相上有兩個極性相反的繞組線圈， 電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)只要交替對同一相上的兩個繞組線圈進(jìn)行通電勵磁。驅(qū)動電路設(shè)計(jì)上只需要四個電子開關(guān)。
展開 電機(jī)設(shè)計(jì)及電機(jī)仿真APP系列之—永磁無刷直流電機(jī)仿真APP
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下面給大家介紹一款好用的“永磁無刷直流電機(jī)仿真APP”。
永磁無刷直流電機(jī)是一種采用永磁體建立磁場并通過電子換向器控制電流方向的直流電動機(jī)。由于永磁體的高磁能積和電子換向器的高效控制，永磁無刷直流電機(jī)具有較高的運(yùn)行效率和較低的能耗。因此，以其高效節(jié)能、運(yùn)行可靠、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、工業(yè)自動化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
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三相感應(yīng)電機(jī)是一種具有啟動性能好、運(yùn)行平穩(wěn)，維護(hù)方便、小型輕量、絕緣等級高等優(yōu)點(diǎn)的電機(jī)。它廣泛應(yīng)用于車床系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、光電組合裝置、閥門控制系統(tǒng)、自動繞線機(jī)及醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域。
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感應(yīng)直線電機(jī)是一種具有高效能、高精度、快速動態(tài)響應(yīng)及壽命長等優(yōu)點(diǎn)的電機(jī)。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、精密制造、新能源、交通運(yùn)輸?shù)葢?yīng)用領(lǐng)域。
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高速永磁同步電機(jī)作為一種先進(jìn)的電機(jī)技術(shù)，它具有高轉(zhuǎn)速、高效率、高功率密度等顯著特點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、新能源汽車、航空航天、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的不斷增加，其性能將不斷優(yōu)化和提升，為各行各業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。
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【電氣知識】4張圖看明白電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理和發(fā)電原理
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【電氣知識】4張圖看明白電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理和發(fā)電原理
關(guān)鍵要點(diǎn)：
電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理遵循電流、磁場和力相關(guān)的定律（法則）。
電機(jī)的發(fā)電原理
下面將介紹電機(jī)的發(fā)電原理。
如上所述，電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為動力的設(shè)備，可以通過利用磁場和電流相互作用所產(chǎn)生的力來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。其實(shí)，反之，電機(jī)也能夠通過電磁感應(yīng)將機(jī)械能（運(yùn)動）轉(zhuǎn)換為電能。（我們推薦你關(guān)注“機(jī)械工程師”公眾號，第一時(shí)間掌握干貨知識、行業(yè)信息）換個角度說，電機(jī)具有發(fā)電作用。
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整車電機(jī)振動噪聲：某混合動力汽車電機(jī)噪聲分析和降噪設(shè)計(jì)
以某開發(fā)過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象，針對其開發(fā)過程中出現(xiàn)的電機(jī)高頻噪聲過大問題，采取正向設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化，提升了該電機(jī)的NVH性能，其聲品質(zhì)有大幅提高。研究內(nèi)容對工程實(shí)際具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞
：混合動力電動汽車；NVH；電機(jī)
0 引言
混合動力電動汽車與傳統(tǒng)汽車相比結(jié)構(gòu)差異較大．傳動系統(tǒng)及其運(yùn)行模式作了改變。致使整車的振動噪聲與傳統(tǒng)車相比具有新特點(diǎn)，傳動系統(tǒng)在不同模式下表現(xiàn)出不同的NVH問題【I‘]，使得振動噪聲的控制更為復(fù)雜。較低的背景噪聲使得原來傳統(tǒng)汽車中被掩蓋的噪聲凸顯出來，電機(jī)的高頻電磁噪聲會嚴(yán)重降低車內(nèi)噪聲的聲音品質(zhì)，同時(shí)降低乘坐舒適性。另外。電機(jī)的高扭矩和高轉(zhuǎn)速特性對齒輪系統(tǒng)的高頻嘯叫噪聲控制提出了新挑戰(zhàn)，電動汽車動力總成振動噪聲問題不單單是發(fā)動機(jī)和變速器的結(jié)構(gòu)噪聲和燃燒噪聲問題．傳動結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致發(fā)動機(jī)、電機(jī)、齒輪系統(tǒng)之間耦合振動更為復(fù)雜。目前針對電動汽車NVH研究的相關(guān)文獻(xiàn)較少。振動噪聲設(shè)計(jì)應(yīng)該是正向設(shè)計(jì)而不是逆向設(shè)計(jì)。振動噪聲問題應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行杜絕和優(yōu)化，而不是出廠和售后問題。文中以某開發(fā)過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象．對其開發(fā)過程中電機(jī)高頻噪聲過大問題進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，采取優(yōu)化措施。提升了該電機(jī)的NVH性能。其聲品質(zhì)有大幅提高，對工程實(shí)際有指導(dǎo)意義。
1 問題描述及NVH測試
該車型的動力傳動系由發(fā)動機(jī)、行星齒輪系統(tǒng)、主電機(jī)、電池組、后驅(qū)電機(jī)組成。樣車在試車階段純電動模式驅(qū)動。電機(jī)轉(zhuǎn)速6250r／min時(shí)，駕駛室存在高頻電磁噪聲，車內(nèi)噪聲主觀評價(jià)較差，聲品質(zhì)較差；另外起步階段電機(jī)的高頻電磁噪聲同樣較大。該電機(jī)為8極48槽(極對數(shù)p=4)同步電機(jī)，該混合動力汽車的動力傳動系簡圖如圖1所示。
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