Động cơ nam châm vĩnh cửu tự động là một loại động cơ điện không chổi than sử dụng nam châm dài thay vì cuộn dây.
Loại động cơ này có thể được sử dụng trong Chevy Bolt[1], Chevy Volt và Tesla Product 3.[2] Các phiên bản Tesla khác sử dụng động cơ cảm ứng cổ điển.[3] Động cơ phía trước trong hệ dẫn động bốn bánh của Tesla Product 3 cũng là động cơ cảm ứng.
Động cơ từ trường dài hạn tốt hơn nhiều so với động cơ cảm ứng hoặc động cơ có cuộn dây diện tích cho một số ứng dụng hiệu suất cao như ô tô điện. Kỹ sư trưởng động cơ của Tesla đã được trích dẫn khi thảo luận về những ưu điểm này, cho biết: “Mọi người đều biết rằng động cơ từ trường dài hạn có lợi thế về kích thích trước từ nam châm, và do đó bạn có được một số lợi ích về hiệu suất. Động cơ cảm ứng có khả năng điều chỉnh từ thông lý tưởng và vì vậy bạn có thể nâng cao hiệu suất. Cả hai đều phù hợp với hộp số 1 cấp có tốc độ thay đổi làm sản phẩm động cơ của ô tô. Vì lý do đó, như bạn đã biết, Sản phẩm 3 của chúng tôi hiện có một động cơ từ trường dài hạn. Về mặt thông số kỹ thuật của hiệu suất tổng thể, động cơ từ trường dài hạn giải quyết tốt hơn chức năng giảm thiểu chi phí của chúng tôi, và nó lý tưởng cho mục tiêu về số lượng và hiệu suất. Về mặt định lượng, sự khác biệt thường là yếu tố thúc đẩy tiềm năng của động cơ, và đó là sự đánh đổi giữa giá thành động cơ, số lượng và giá thành pin để quyết định công nghệ nào sẽ được sử dụng trong tương lai.”
Vùng từ tính của máy đồng bộ có thể được tạo ra bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu được làm từ neodymium-boron-sắt, samarium-cobalt hoặc ferrite trên rôto. Trong một số động cơ, các nam châm này được gắn bằng chất kết dính trên bề mặt của rôto chính sao cho từ trường có thể được định hướng xuyên tâm qua khe hở. Trong các thiết kế khác, nam châm được đặt chìm vào bề mặt rôto chính hoặc được lắp vào các rãnh ngay dưới sàn. Một dạng động cơ nam châm vĩnh cửu khác sử dụng nam châm định hướng theo chu vi được đặt trong các rãnh xuyên tâm, tạo ra từ thông cho các cực sắt, từ đó tạo ra từ trường xuyên tâm trong khe hở.
Mô hình động lực học của động cơ hành tinh
Động cơ bánh răng hành tinh bao gồm một loạt các bánh răng quay đồng bộ hoàn hảo, cho phép chúng cung cấp mô-men xoắn với công suất đầu ra cao hơn so với động cơ bánh răng trụ. Không giống như động cơ hành tinh, động cơ bánh răng trụ đơn giản hơn để chế tạo và có giá thành thấp hơn, nhưng chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu mô-men xoắn đầu ra thấp hơn. Điều đó là do mỗi bánh răng chịu toàn bộ tải trọng. Sau đây là một số điểm khác biệt chính giữa 2 loại động cơ bánh răng này.
hệ thống bánh răng hành tinh
Hệ truyền động bánh răng hành tinh là một loại cơ cấu bánh răng truyền mô-men xoắn từ nguồn này sang nguồn khác, thường là chuyển động quay. Hơn nữa, loại truyền động bánh răng này đòi hỏi phải mô hình hóa động học để nghiên cứu độ bền và độ tin cậy của nó. Các nghiên cứu trước đây đã bao gồm cả mô hình ăn khớp không liên kết và có liên kết để phân tích hệ truyền động bánh răng hành tinh. Mô hình kết hợp xem xét cả độ cứng kết cấu trục và độ cứng đỡ ổ trục. Trong một số ứng dụng, bánh răng hành tinh linh hoạt có thể ảnh hưởng đến phản ứng động học của hệ thống.
Trong bộ truyền động hành tinh, bề mặt đầu trục của phần hình trụ có thể quay tương đối so với tấm ngăn cách. Cơ chế này giúp giữ lại chất bôi trơn. Nó cũng có khả năng ngăn chặn các hạt lạ xâm nhập vào hệ thống truyền động hành tinh. Bộ truyền động hành tinh là lựa chọn tuyệt vời nếu tốc độ động cơ hành tinh của bạn cao. Một hệ thống truyền động hành tinh chất lượng cao có thể mang lại hiệu suất vượt trội hơn so với các hệ thống thông thường.
Hệ thống bánh răng hành tinh là một cơ cấu phức tạp, bao gồm 3 khớp nối chuyển động được kết nối với nhau thông qua các khớp. Bánh răng mặt trời đóng vai trò là đầu vào và các bánh răng hành tinh đóng vai trò là đầu ra. Chúng quay quanh trục của mình với tỷ lệ được xác định bởi số răng trên mỗi bánh răng. Bánh răng mặt trời có 24 răng, trong khi các bánh răng hành tinh có tỷ lệ bằng 3/4 tỷ lệ đó. Tỷ lệ này làm cho động cơ hành tinh cực kỳ hiệu quả.
bộ truyền động bánh răng hành tinh
Để dự đoán đáp ứng dao động tự do của hệ truyền động bánh răng hành tinh, việc phát triển một mô hình toán học cho hệ thống là rất cần thiết. Trước đây, các mô hình tĩnh và động đã được sử dụng để nghiên cứu hành vi của hệ truyền động bánh răng hành tinh. Trong nghiên cứu này, một mô hình động đã được phát triển để điều tra ảnh hưởng của các thông số thiết kế chính đến đáp ứng dao động. Các thông số chính đối với hệ truyền động bánh răng hành tinh bao gồm độ cứng kết cấu và độ cứng ăn khớp, cũng như khối lượng và vị trí của trục và các giá đỡ ổ trục.
Thiết kế của hệ thống truyền động bánh răng hành tinh bao gồm nhiều giai đoạn có thể hoạt động với tốc độ đầu vào thay đổi. Thiết kế này cho phép truyền mô-men xoắn cao bằng cách phân bổ tải trọng cho nhiều bánh răng hành tinh. Ngoài ra, hệ thống truyền động bánh răng hành tinh có nhiều răng ăn khớp đồng thời trong quá trình hoạt động. Thiết kế này cũng cho phép hiệu suất cao hơn và mô-men xoắn truyền tải lớn hơn. Dưới đây là một số ưu điểm khác của hệ thống truyền động bánh răng hành tinh. Tất cả những ưu điểm này làm cho hệ thống truyền động bánh răng hành tinh trở thành một trong những loại động cơ hành tinh phổ biến nhất.
Kích thước nhỏ gọn của bộ truyền động hành tinh cho phép tản nhiệt tuyệt vời. Tốc độ cao và hiệu suất ổn định sẽ cần bôi trơn. Chất bôi trơn này cũng có thể giảm tiếng ồn và độ rung. Nhưng nếu những đặc điểm này không phù hợp với ứng dụng của bạn, bạn có thể chọn loại bộ truyền động khác. Hoặc, nếu bạn muốn duy trì hiệu suất cao, bộ truyền động hành tinh sử dụng động cơ sẽ là lựa chọn tốt nhất. Vậy, những ưu điểm của bộ truyền động hành tinh sử dụng động cơ là gì?
hệ thống bánh răng hành tinh với tỷ số truyền động cố định
Hệ truyền động bánh răng hành tinh là một loại truyền động phổ biến trong nhiều loại máy móc. Ưu điểm chính của nó là hiệu suất cao, nhỏ gọn, tỷ số truyền lớn và tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao. Loại truyền động bánh răng này là sự kết hợp của bánh răng trụ, bánh răng xoắn đơn và bánh răng xương cá. Bánh răng hành tinh xương cá có lực hướng trục thấp hơn và khả năng chịu tải cao. Bánh răng hành tinh xương cá thường được sử dụng trong máy móc hạng nặng và hệ truyền động của các phương tiện lớn.
Để sử dụng hệ truyền động bánh răng hành tinh với tỷ số truyền động cố định, bánh răng hành tinh thứ nhất và thứ hai phải ở vị trí đỡ. Bánh răng hành tinh thứ nhất được quay sao cho răng của nó ăn khớp với răng của bánh răng mặt trời. Tuy nhiên, bánh răng hành tinh thứ hai không được quay. Nó phải ở vị trí đỡ để có thể ăn khớp với bánh răng mặt trời. Điều này đòi hỏi độ chính xác cao, vì vậy hệ truyền động bánh răng hành tinh thường được cấu tạo từ nhiều bộ. Một chút phân tích sẽ đơn giản hóa thiết kế này.
Hệ truyền động bánh răng hành tinh bao gồm 3 thành phần. Bánh răng vành ngoài được đỡ bởi một bánh răng vành trong. Mỗi bánh răng được đặt ở một góc cụ thể so với nhau. Điều này cho phép các bánh răng quay với tốc độ cố định trong khi truyền chuyển động. Thiết kế này cũng phổ biến trong xe đạp và các phương tiện nhỏ khác. Nếu hệ truyền động bánh răng hành tinh có nhiều cấp, nhiều bánh răng vành có thể được dùng chung. Bánh răng vành cố định cũng được sử dụng trong cơ cấu gọt bút chì. Bánh răng hành tinh được mở rộng thành các lưỡi cắt hình trụ. Bánh răng vành cố định và các bánh răng hành tinh quay quanh trục mặt trời. Trong trường hợp thiết kế này, bánh răng vành ngoài sẽ có tỷ số truyền bánh răng hành tinh là -3/2.
hệ thống bánh răng hành tinh với góc xoắn 0 độ.
Sự phân bố mô-men xoắn trong bộ truyền hành tinh bị lệch, điều này sẽ làm giảm đáng kể khả năng chịu tải của ổ bi kim, và do đó làm giảm tuổi thọ của ổ bi. Để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của điều này đến hệ thống truyền động bánh răng, chúng ta sẽ xem xét 2 nghiên cứu được thực hiện về sự phân bố tải trọng của bộ truyền hành tinh có góc xoắn 0 độ. Nghiên cứu đầu tiên được thực hiện bằng một chương trình chuyên dụng từ nhà sản xuất ổ bi INA/FAG. Đường màu đỏ biểu thị sự phân bố tải trọng dọc theo con lăn kim trong bộ truyền có góc xoắn 0 độ, trong khi đường màu xanh lá cây tương ứng với cùng sự phân bố tải trọng đó trong bộ truyền có góc xoắn 15 độ.
Một phương pháp khác để xác định góc xoắn của bánh răng là xem xét tỷ số truyền giữa bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh. Trong khi bánh răng mặt trời thường nằm ở phía đầu vào, các bánh răng hành tinh nằm ở phía đầu ra. Bánh răng mặt trời đứng yên. Hai bánh răng này ăn khớp với một bánh răng vành quay 45 độ theo chiều kim đồng hồ. Cả hai bánh răng đều được gắn vào các chốt đỡ các bánh răng hành tinh. Trong hình bên dưới, bạn có thể thấy lực ăn khớp tiếp tuyến và lực ăn khớp hướng trục trên một hệ truyền động bánh răng hành tinh.
Một phương pháp khác được sử dụng để tính toán tổn thất công suất trong hệ truyền động bánh răng hành tinh là sử dụng hộp số tự động. Loại bánh răng này cung cấp hiệu suất cân bằng giữa hiệu suất năng lượng và khả năng chịu tải. Mặc dù phức tạp, phương pháp này cung cấp phân tích chính xác hơn về cách góc xoắn ảnh hưởng đến tổn thất công suất trong hệ truyền động bánh răng hành tinh. Nếu bạn quan tâm đến việc giảm tổn thất công suất của hệ truyền động bánh răng hành tinh, hãy đọc tiếp!
hệ thống truyền động bánh răng hành tinh với bánh răng trụ
Bộ truyền động hành tinh là một loại hệ thống truyền động cơ khí sử dụng các bánh răng trụ chuyển động ngược chiều nhau trong một mặt phẳng. Bánh răng trụ là một trong những loại bánh răng cơ bản nhất, vì chúng không yêu cầu bất kỳ đường cắt hoặc góc đặc biệt nào để hoạt động. Thay vào đó, bánh răng trụ sử dụng hình dạng răng phức tạp để xác định vị trí tiếp xúc giữa các răng. Điều này, đến lượt nó, sẽ quyết định công suất, mô-men xoắn và tốc độ mà chúng có thể tạo ra.
Hệ truyền động bánh răng hành tinh hai cấp với bánh răng trụ cũng có thể hoạt động ở tốc độ đầu vào thay đổi. Đối với cấu hình như vậy, một mô hình toán học của hệ truyền động bánh răng được phát triển. Mô phỏng hành vi động học làm nổi bật các hiệu ứng không ổn định, và kết quả phù hợp tốt với dữ liệu thực nghiệm. Vì tỷ số giữa các bánh răng trụ không cố định, nên nó được gọi là độ lõm chân răng (dedendum).
Hệ truyền động bánh răng hành tinh với bánh răng trụ là một loại hệ truyền động bánh răng hành tinh. Trong trường hợp này, các bánh răng trụ chạy giữa các bánh răng có cả răng trong và răng ngoài. Chuyển động chu vi của các bánh răng trụ tương tự như sự quay của các hành tinh trong hệ mặt trời. Có 4 thành phần chính của hệ truyền động bánh răng hành tinh. Bánh răng hành tinh được đặt bên trong bánh răng mặt trời và quay để truyền chuyển động cho bánh răng mặt trời. Các bánh răng hành tinh được gắn trên một giá đỡ khớp nối với trục đầu ra.
hệ thống truyền động bánh răng hành tinh với bánh răng xoắn ốc
Hệ thống truyền động bánh răng hành tinh với răng xoắn ốc là một hệ thống truyền động cực kỳ mạnh mẽ, có thể cung cấp mật độ công suất cao. Bánh răng xoắn ốc được sử dụng để tăng hiệu quả bằng cách cung cấp một giải pháp thay thế hiệu quả hơn cho bánh răng trục vít thông thường. Loại truyền động này có tiềm năng cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống, và lợi ích của nó vượt xa mật độ công suất. Nhưng điều gì làm cho hệ thống truyền động này trở nên hấp dẫn đến vậy? Những yếu tố chính cần xem xét khi thiết kế loại hệ thống truyền động này là gì?
Hệ truyền động hành tinh cơ bản nhất bao gồm bánh răng mặt trời, bánh răng hành tinh và bánh răng vành. Số lượng bánh răng hành tinh có thể khác nhau, nhưng cấu trúc cơ bản của hệ truyền động hành tinh tương tự nhau. Một hệ truyền động hành tinh đơn giản có bánh răng mặt trời dẫn động cụm trục đỡ. Số lượng bánh răng hành tinh có thể thấp nhất là 2 hoặc cao nhất là 6. Hệ truyền động hành tinh có quán tính khối lượng thấp, nhỏ gọn và đáng tin cậy.
Các đặc tính pha ăn khớp của hệ truyền bánh răng hành tinh đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế biên dạng răng. Nhiều thông số khác nhau như chênh lệch pha ăn khớp và sự thay đổi biên dạng răng phải được nghiên cứu kỹ lưỡng để hiểu đầy đủ các đặc tính động học của hệ truyền bánh răng hành tinh. Những yếu tố này, cùng với các yếu tố khác, quyết định hiệu suất của bánh răng xoắn. Do đó, việc hiểu rõ pha ăn khớp của hệ truyền bánh răng hành tinh là rất cần thiết để thiết kế nó một cách hiệu quả.
