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自然界中的高速电机应用伺服与步进电机的生态差异

导语:高速电机拥有一系列优点,包括高效率、高比功率、好的功率因数、可靠性和良好的维护性。在先进工业国家,高速电机广泛应用于航空、航天及模具行业。我国高速电机行业自上世纪90年代起发展,从低端向高端不断迈进,其市场规模也在持续扩大。

如何定义高速电机?

没有明确的边界来定义什么是高速电机。通常,如果转速超过10 000 r/min,就可以被认为是高速电机。也有研究者将其定义为线速度,这种划分反映了转子结构设计的复杂程度。根据这两个标准,可以将其划分为两类:超速和超级速度。

不同类型的区别

这些分类基于根号下功率乘以转速大小。在以下三个案例中,我们可以更好地理解这一概念:

案例一是一个戴森公司生产的小家用吹风器,它运行在110 kr/min,拥有1 600 W的功率,其根号下功率与转速乘积约为1.39×105,在图表上显示为位于“超”、“快”交叉点内,是一个典型的“快”(high-speed)或“慢”(low-speed)设备。

案例二是一款由Integral Powertrain开发用于车辆驱动系统的感应传动设备,运行在20 kr/min,450 kW,该产品具有根号下功率与转速乘积约4.24×105,这个值越大代表着工作条件越难以达成,因此它属于“慢”的分类。

案例三是一款Honeywell飞行器用的驱动设备,也运行在20 kr/min,但具有1000 kW以上输出力。这使得该产品属于“极慢”的范围,并采用了更加先进技术。

如果我们仅考虑工作点,那么这个指标随着增大的功率和转速呈阶梯式增加,因此我们可以使用这个指标来评估加快速度变化所带来的影响。

应用场景

从快速到极快速运作的情况,一些特定的场合需要这种特殊性能:

电动工具

西风公司生产的一台200W,300kr/min无铁心PCB绕组永磁同步控制单元体积小巧且适用于牙科等医疗设备。

分子泵

分子泵通过空气分离获得高真空环境,有时还能制造清洁空气。这种应用可能需要32kr/min,500W这样的参数,可以选择感应或者集中绕组永磁方案设计。

飞轮储能系统

在汽车内部使用飞轮储能产品作为混合动力或超级容量存储,当汽车需要大量额外能源时,将飞轮储能作为发电机会提供必要支持。这款30kW@50kr/min感应传递式系统采用实心铁块构造供给稳定输出力,而不是变频调节,使之成为一种理想解决方案,以提高效益并减少成本。此外,还有涡轮增压器,它能够通过电子涡轮增压减少燃油消耗,并提高扭矩爆发力;微型燃气发生器利用永磁同步技术产生50kW,可实现95%降低发动引体积;以及各种常见的大功率直驱空压缩机械,如离心风扇,都依赖于不同类型(如SPM)的永磁同步或感应配置以提升效益并降低维护成本。而且它们都必须保持紧凑而可靠,以满足多样化需求。此外,还有对于车辆和航空领域中要求高度精密、高效力的驱动系统,如飞行器上的推进装置,以及全新的混合驾驶模式下的自动驾驶车辆等,都对这些快速旋转部件提出了严格要求。

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