永磁直流電動機不等厚瓦形磁鋼的設(shè)計

1、永磁直流電動機不等厚瓦形磁鋼的設(shè)計方淑丹微型鐵氧體永磁直流機用途十分廣泛。用途不同，電機的性能要求就不同，電機 的設(shè)計、工藝也就必須要有區(qū)別。以氣隙磁密Bs 9 波形來說，就應(yīng)按用途和使用壽命 的要求而有不同的選擇："。要求平頂波磁密的，利用等厚瓦形磁鋼并對其各處進行完全 充磁、使其工作在材料的最大磁滯回環(huán)上，即可到達目的；而對于要求以正弦波或近似 正弦波為氣隙磁密波形、用以改善振動噪聲、換向火花，減少空載電流等的電機來說， 磁鋼的形狀尺寸、設(shè)計和充磁工藝又是如何的呢 ？假設(shè)磁鋼也設(shè)計成等厚瓦形磁鋼，那么，這種氣隙磁密波形的保證是以精巧設(shè)計充 磁極頭和嚴格控制充磁能量、使中央局部磁鋼

2、充分磁化而兩側(cè)磁極漸弱磁化得到的。換 句話說，磁鋼各處被磁化程度不同：中央局部到達極大而兩側(cè)漸小，它們工作在不同磁 滯回環(huán)上?？梢韵胍姡瑲庀洞琶艿牟ㄐ钨|(zhì)量不易穩(wěn)定，磁鋼的尺寸公差、充磁機充磁能 量的隨機變化等都會影響波形質(zhì)量的穩(wěn)定性。 相比之下，平頂波的波形質(zhì)量就十分穩(wěn)定。 因為后者采用充分大的充磁能量，使磁鋼各處都工作在材料的最大磁滯回環(huán)上。換句話 說，充磁能量寧大勿小，充磁磁極與磁鋼外表充分吻合接觸即可，它屏棄了諸多隨機因 素的影響。我們將平頂波波形質(zhì)量穩(wěn)定的設(shè)計思想應(yīng)用于正弦波或近似正弦波的磁鋼設(shè)計，這就是“不等厚瓦形磁鋼設(shè)計。本文將討論如何根據(jù)氣隙磁密波形具體求出不等厚瓦形磁鋼工作厚度

3、的變化規(guī)律。 文章以正弦波氣隙磁密波形為例展開討論，其設(shè)計思想和設(shè)計方法也適用于各種近似正 弦波、非正弦波氣隙磁密波形。設(shè)計的依據(jù)是：不等厚瓦形磁鋼各9處磁鋼元都被充磁到最大磁滯回環(huán)并在其上工作一當(dāng)然各元工作點的上下有所不同。討論中所使用的鐵氧體永磁材料具有直線型去磁曲線，對于那些具有低拐點的工作點不受穩(wěn)磁磁勢影響 而總是工作在直線局部上的準直線型去磁曲線材料來說，可以把它的直線局部延長至 與橫軸相交得到虛擬的矯頑磁場強度 H c用以代替真實的HC再進行設(shè)計而無任何影響。為求解不等厚瓦形磁鋼的工作厚度變化規(guī)律，應(yīng)預(yù)先進行該波形條件下等厚瓦形磁 鋼即均勻氣隙時的磁路計算，取得一些根本數(shù)據(jù)后才能進

4、行：其中，1磁極中心中 心角9= 0° 處的磁鋼元磁密 咅0即波形幅值、氣隙元長度S 0、磁鋼元厚度Lm0要 ；2還必須求解所設(shè)正弦波形磁密對應(yīng)的各 9處磁路元飽和系數(shù)與9的關(guān)系曲 線Ks 9 ，以備計及鐵磁磁壓降時計算其等效磁阻之用：式中: =F富是磁鋼工作磁密波形珊9 在9處的元磁密，而磁鋼工作磁密波形 珈9 和氣隙磁密波形B. ( 9 )有如下關(guān)系:其中：(T 漏磁系數(shù)，1.1 ；Kb氣隙元與對應(yīng)的磁鋼元面積之比;0.83Ci-2耳+ %I ef 磁場計算長度;I m磁鋼軸向長度；B. m氣隙磁密波形幅值； B磁鋼工作磁密波形幅值它們波形相同，只是幅值略有不同,Bm( 9 )可

5、求。其中 時 B(0 ° ) = Bmo的合理數(shù)值應(yīng)2Bmo = (0.7 0.85)Br本文設(shè)Bm0 = 0.75Br。各9處磁鋼元磁密大小不同，但它們都工作在同一個最大磁滯回 環(huán)對應(yīng)的去磁曲線上(見圖1)。圖中Pe)9是各磁鋼元對應(yīng)的外磁導(dǎo)率tgpw -尋巴=合以與厶皿無關(guān))J J AC*/ I Afl圖1不等厚瓦形磁鋼各9處磁鋼元都工作在最大磁滯回環(huán)對應(yīng)的去磁曲線上為了與磁鋼尺寸聯(lián)系起來看工作點，我們必須換算B- H坐標(biāo)圖為各磁鋼元的(e)-F(e)坐標(biāo)圖(見圖2)。2乳o9P<34圖2 各磁鋼元工作圖各磁鋼元的外磁導(dǎo)為堆現(xiàn)=瞬* dS卅詛S* « 1- 附十尺

6、罔K赫訝KsA式中第一行為原定義，可以看到，入e。與Lme有關(guān)；第二行對應(yīng)于忽略鐵磁磁壓降的； 第三行對應(yīng)于不忽略鐵磁磁壓降的，而其中KSe是飽和系數(shù)曲線ks e在e處的值，本文設(shè)冏=1.6, K S45 = 1.3。HLm0，磁鋼元磁場強Lm0，磁導(dǎo)率基值做為通解，一般應(yīng)采用相對值計算?；档牟捎每梢蛉硕悾ㄗh采用下量做為基 值：磁鋼元磁通基值BrdS，磁鋼元磁密基值Br,磁鋼元磁勢基值 度基值HC，磁鋼元工作厚度基值Lmo，磁鋼元對應(yīng)的氣隙長度基值邑或邑圖3的橫軸0C就是弘 石耳,元面積基值d5,這樣，圖2就可以用圖3表示了 相對值了。圖3 忽略鐵磁磁壓降時以相對值表示的各磁鋼元工作圖做

7、為例子，本文米用的S 0°在正常范圍內(nèi)任選一個為例。按文獻3有Lm0 Q 6 10 S 0經(jīng)驗公式，所以相對值本文取 二0.1。而各B處磁鋼元對應(yīng)的氣隙長度3。與它的磁鋼工作長度Lme總是滿足Lme + S e = Lm0 + 3 0'的關(guān)系，寫成相對值見圖4。該式說明，在相對值圖解法計算中，圖中的和 應(yīng)有相同的比例尺。圖4 磁鋼工作厚度減小的同時對應(yīng)的氣隙長度相應(yīng)增大圖3中，外磁導(dǎo) 也應(yīng)以相對值出現(xiàn):4- (BrdSu)H竊ST77昴十如 '11 竝 dS； 1 = 7ft勒十a(chǎn)AsflOfli式知，圖解法中,斜線上點的橫坐標(biāo)假設(shè)等于那么其縱坐標(biāo)就為 /Kso門,過

8、該點點j的水平線hj ,并延長上的新的點，假設(shè)橫坐標(biāo)為新的 值, 那么過該新點的斜線就是對應(yīng)的新的線了。所以過圖3 hj水平線上的點k的斜線ok,就是擁有其橫坐標(biāo)值為 的外磁導(dǎo)線 ?，F(xiàn)在我們就可求解.的值了。1忽略鐵磁局部磁壓降我們假設(shè)各9處磁鋼元的外磁導(dǎo)只計及氣隙局部的而鐵磁局部的磁壓降忽略不計。 此時外磁導(dǎo)公式為圖3中，9 = 0°處磁鋼元工作點為 A 設(shè) =0.75，斜線OA為該元的外磁導(dǎo)線。因為設(shè)菟=0.1，所以在0A線上找到點j，做水平線hj，使橫坐標(biāo)hj =加=0.1而縱坐標(biāo)，并延長待用。從波形圖上引 設(shè)9二45° 水平線A。，試著找'A。點，以使0A斜

9、線與hj水平線的交點k和聯(lián)線rA。延長與橫軸0C的交點C'具有jk = CC的關(guān)系。這樣，0A就是該9 = 45° 處磁鋼元的外磁導(dǎo)線入了，其值s 亠Oh罰34=堆如=him =斗+ 遼A。就是該元磁鋼的工作點，而且該元磁鋼的工作厚度就是A。所在的去磁曲線rC '的磁鋼元厚度，即上述圖解法的解.是唯一的。為提高精度，經(jīng)平面幾何求解得計算公式如下:(1丑K1十丄二g 話下表列出從0.7至0.85、 從0.05至0.2、9 = 45°處磁鋼元的工作厚度值圖5是它們在9二15°75°范圍的曲線圖，可供設(shè)計時選擇。9 = 45°處的工作

10、厚度£嚴時*9亦=0.050.0750.100.1250.150.1750.200.7045 °Eiiiii = 0.93830.91210.88850.86700.84740.82940.81290.7545 °0.92690.89640.86900.84450.82230.80210.78360.8045 °0.91020.87370.84060.81290.78730.76430.74340.8545 °0.88380.83850.79930.76520.73520.70860.68482不忽略鐵磁局部磁壓降對于計及鐵磁局部磁壓降的，當(dāng)按

11、前文引入飽和系數(shù)曲線Ks( 9 )后，使原本很難求解的問題變得可求了，當(dāng)然，過程比擬復(fù)雜。下面以求解9二45。的為例說明考慮鐵磁磁壓降后的.的求解過象圖3那樣由 值確定j點后，可以看到，由于Kso >1，磁導(dǎo)變小了,變?yōu)?。所以在磁鋼絕對厚度Lm0 不是相對值不變條件下，幅值變小了本例比0.75小，變?yōu)?，其求法如下：因設(shè)Ko = 1.6，那么j點應(yīng)向左移Kso -1 = 0.6倍距離到j(luò) '點，聯(lián)接oj '并延長得交點A o。，其縱坐標(biāo)為 ，且 <，是真實的幅值相對值。當(dāng)求某0 設(shè)0 = 45 °而Ks45 = 1.3工作點A' e時，前oj &#

12、39;線并不能用臚?=：廠4斤；來確定0 = 45 °處的磁導(dǎo)線，而應(yīng)找到與對應(yīng)的j 點：即把j點向左只移了 Ks45 -1 = 1.3-1 = 0.3倍距離，這樣，oj 虛線就是考慮 了鐵磁壓降后0二45°處磁鋼元的外磁導(dǎo)線圖6中寫為 。為求出不等厚瓦形磁鋼在該處的厚度二沁就必須在hj 根底上利用的關(guān)系求“三線共同交點A' 0 即A 45。，方法與前文的類似：由0 = 45° 處的B' m45 = B' mo cos45° 引水平線，再在hj 水平線上，從j 往 左試著截取k點，使ok線延長與B m45水平線的交點A 0即A 45能滿足 rA' 0聯(lián)線的延長線與橫軸交點C具有CC =j k的關(guān)系式。k點的位置只在經(jīng)過假設(shè)干次調(diào)整，上述關(guān)系式可以實現(xiàn)，或者說，k點是唯一的。也就是jk或cc是確定的。oc對oc的坐標(biāo)比值代表.=對的比值OCF7)c就可求出了。上述考慮鐵磁磁壓降后.的求解用圖解法概念清楚，但精確度差些。也可利用數(shù)學(xué)計算式精確求解，但比擬復(fù)雜可以看到，由于鐵磁磁壓降的計入，使 變