前言
一個(gè)優(yōu)秀的驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)不僅需要滿足基本的性能要求，還需在各種復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，并具備較高的能效比和功率密度。
本文將從銅線絕緣層的選擇、電磁磁密的優(yōu)化以及電機(jī)裂比的確定三個(gè)方面，深入探討如何判斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的好壞。
01?銅線絕緣層的選擇
在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)中，銅線絕緣層的選擇是至關(guān)重要的一環(huán)。絕緣層不僅保護(hù)銅線免受外界環(huán)境侵蝕，還直接關(guān)系到電機(jī)的運(yùn)行安全和使用壽命。目前，大多數(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用的是1型絕緣，這種絕緣等級(jí)能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的需求。然而，針對(duì)不同的電壓等級(jí)和應(yīng)用場(chǎng)景，絕緣層材料的選擇應(yīng)有所不同。
1.400V應(yīng)用：建議PAI絕緣層
對(duì)于400V電壓等級(jí)的應(yīng)用，聚酰亞胺（PAI）是一種理想的絕緣材料。雖然介電常數(shù)比較高，PDIV上不去。但是PAI具有優(yōu)良的耐熱性、電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度，能夠在較高溫度下保持穩(wěn)定的絕緣性能。
因此因?qū)?00V平臺(tái)應(yīng)該用PAI就可以了，另外PAI的膜銅線加工費(fèi)比較便宜。
2.650V應(yīng)用：中等厚度PI絕緣層
當(dāng)電壓等級(jí)提升到650V時(shí)，對(duì)絕緣層的要求更為嚴(yán)格。此時(shí)，聚酰亞胺（PI）成為更好的選擇。PI相較于PAI，其介電常數(shù)低，PDIV會(huì)相對(duì)高一些。
如果PAI用在650V應(yīng)用，差不多單邊需要0.13mm左右，漆膜厚度會(huì)比較大，加工難度也會(huì)變大，不如PI漆膜，厚度控制在單邊0.1mm。此外，PI絕緣層還具有良好的耐老化性能，即使在長(zhǎng)期高溫運(yùn)行下也能保持絕緣性能的穩(wěn)定，適用于需要長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行的電機(jī)。
3.800V應(yīng)用：厚PI絕緣層
對(duì)于800V及以上高壓應(yīng)用，厚PI絕緣層是滿足絕緣性能要求的最佳選擇。厚PI絕緣層通過增加絕緣層厚度，進(jìn)一步提高了電機(jī)的絕緣強(qiáng)度和耐電壓能力，單邊厚度控制到0.13mm。這種設(shè)計(jì)在確保電機(jī)安全運(yùn)行的同時(shí)，也為電機(jī)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性，允許在更緊湊的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的功率輸出。
綜上所述，銅線絕緣層的選擇應(yīng)根據(jù)電機(jī)的電壓等級(jí)和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行綜合考慮，確保電機(jī)在安全可靠的前提下實(shí)現(xiàn)最佳性能。
02 電磁磁密的優(yōu)化：平衡效率與材料成本
電磁磁密是影響驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能的關(guān)鍵因素之一，它直接關(guān)系到電機(jī)的輸出扭矩、效率和材料成本。磁密分為齒部和軛部?jī)刹糠?，合理的磁密設(shè)計(jì)能夠顯著提高電機(jī)的綜合性能。
1.齒部磁密：接近2.2T
齒部磁密是指電機(jī)定子齒部的磁場(chǎng)強(qiáng)度。在電機(jī)設(shè)計(jì)中，齒部磁密希望接近2.2（T）。這一數(shù)值的選擇是基于磁飽和現(xiàn)象的考慮。當(dāng)齒部磁密超過2.2T時(shí)，磁飽和現(xiàn)象將顯著增強(qiáng)，導(dǎo)致電機(jī)的鐵損增加，效率下降。因此，將齒部磁密控制在接近2.2T的水平，既保證了電機(jī)的輸出扭矩，又避免了磁飽和帶來的負(fù)面影響。
2.軛部磁密：接近1.8T
軛部磁密是指電機(jī)定子軛部的磁場(chǎng)強(qiáng)度。與齒部不同，軛部磁密的選擇更多地受到材料成本的制約。過高的軛部磁密雖然可以減小電機(jī)的體積和重量，但會(huì)顯著增加對(duì)高性能磁性材料的需求，從而提高電機(jī)的制造成本。因此，將軛部磁密設(shè)定為接近1.8T，既保證了電機(jī)的功率密度，又控制了材料成本，實(shí)現(xiàn)了效率與成本的平衡。
03?電機(jī)裂比的選擇：兼顧性能與功率密度
電機(jī)裂比是指電機(jī)定子內(nèi)徑與外徑之比，它是影響電機(jī)性能的重要參數(shù)之一。裂比的選擇直接關(guān)系到電機(jī)的軛部磁密、功率密度和效率。
1.裂比過大：軛部磁密增大，性能受影響
當(dāng)裂比過大時(shí)，電機(jī)的軛部將變得更薄，導(dǎo)致軛部磁密增大。這不僅會(huì)增加電機(jī)的鐵損，降低效率，還可能引發(fā)磁飽和現(xiàn)象，進(jìn)一步惡化電機(jī)的性能。因此，裂比的選擇不能過大，以免對(duì)電機(jī)的性能造成不利影響。
2.裂比過?。汗β拭芏入y以提升
相反，如果裂比過小，電機(jī)的定子將變得更加厚重，雖然可以降低軛部磁密，但會(huì)顯著增加電機(jī)的體積和重量，降低功率密度。在追求高效、緊湊的現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計(jì)中，功率密度的提升是至關(guān)重要的。因此，裂比的選擇也不能過小，以免限制電機(jī)的功率密度和輕量化設(shè)計(jì)。
綜上所述，電機(jī)裂比的選擇應(yīng)兼顧性能與功率密度的要求。通過合理的裂比設(shè)計(jì)，可以在保證電機(jī)性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的功率密度和更緊湊的結(jié)構(gòu)。
來源：RIO電驅(qū)動(dòng)
