小型电动机广泛应用于各种家用电器、工具、计算机以及现代汽车中,它们驱动泵和风扇等辅助装置。单独来看,每台电机都不会消耗太多能源,但总的来说,它们具有巨大的节能潜力。
最近成功完成的“泵和风扇应用无刷驱动CD实验室”由格拉茨工业大学(奥地利)电气驱动和电力电子研究所的Annette Mütze领导的研究团队现在进一步探索了这一潜力:通过创新设计,改进的控制技术,并采用新的制造技术,进一步开发的无刷电机消耗更少的电力,运行更安静,并且变得更轻。
在车辆照明系统中使用较大的爪极电机。它们作为小型驱动器的用途不太为人所知。Annette Mütze的团队通过倾斜和开槽爪来减少这些小型驱动器的所谓“齿槽转矩”,这不会产生额外的成本。通过这种方式,当电机旋转时,卡爪被暂时锁定,从而减少了不需要的振动。Annette Mütze表示“这使我们能够将一个重要的噪声源减少70%。因此,驱动器运行更加平稳、更加安静”。
简化的控制减少了开关损耗
通过简化电流控制实现了效率增益。通常,脉宽调制控制为风扇或泵的电机供电的电流。为了确保电流以所需的矩形图案流动,需要进行多次开关操作,这会导致额外的能耗。
Annette Mütze说,“对于每个所需的矩形,我们仅打开和关闭驱动器一次,”。“这使我们能够极大地减少开关损耗造成的额外能耗。”因此,特别是在低电流下,这些驱动器比传统脉宽调制控制的驱动器具有更好的整体效率。由于开关数量大幅减少,电机电路板所需的电容器数量也减少了一半,从而降低了成本。
铁氧体基材料的3D打印
第三项创新是成功实现了带有铁氧体磁芯的PCB电机。“PCB”代表“印刷电路板”,对于电机而言,意味着产生驱动器所需磁场的绕组以印刷电路板的形式实现。这使得制造过程实现高度自动化。
Annette Mütze的团队为电路板配备了3D打印的铁氧体磁芯,从而改善了电机中的磁通量引导。这是使用更具成本效益的磁铁(也是基于铁氧体)的先决条件。作为企业合作伙伴,MSG Mechatronic Systems GmbH参与了“泵和风扇应用无刷驱动CD实验室”。