圓柱型電樞永磁直流微型電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)1要點(diǎn)

1、圓柱型電樞永磁直流微型電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)目錄1 簡(jiǎn)述1.1主要特性1.2常用永磁材料特點(diǎn)1.3設(shè)計(jì)要點(diǎn)1.4常用公式電磁設(shè)計(jì)中的主要問題2.1主要尺寸2.2永磁體結(jié)構(gòu)形式和確定永磁體尺寸的原則2.3電樞設(shè)計(jì)2.4定子設(shè)計(jì)2.5磁路計(jì)算2.6工作特性計(jì)算設(shè)計(jì)舉例圓柱型電樞永磁直流微型電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)計(jì)算1簡(jiǎn)述永磁直流微型電動(dòng)機(jī)是指永磁材料（或加上鐵磁材料）制成磁極，以建立電動(dòng)機(jī)所需的激磁磁場(chǎng)的一類精密直流微型電動(dòng)機(jī)。該類電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，出力大，效率高，用銅量少；若用高矯頑力永磁材料（如鐵氧體、稀土永磁等）制造的直流微型電動(dòng)機(jī)還具有換向性能好，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。該類電動(dòng)機(jī)與普通的他激或者并激的電磁式

2、直流電動(dòng)機(jī)一樣具有下垂的機(jī)械特性（或稱為轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性）和線性的調(diào)節(jié)特性（或稱為電壓一轉(zhuǎn)速特性），調(diào)速范圍廣，便于控制。所以，常用于要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、轉(zhuǎn)速范圍變化大的場(chǎng)合；也常用于以蓄電池或干電池為電源的場(chǎng)合，例如，在汽車中用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇、雨刮器、坐椅、門窗等等。1.1主要特性（1）機(jī)械特性機(jī)械特性是指當(dāng)加到電動(dòng)機(jī)兩端的電壓一定時(shí)，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的變化而變化的特性曲線。每一個(gè)電壓對(duì)應(yīng)著一條特性曲線。此特性曲線在理論上是一條下垂的直線，即隨著轉(zhuǎn)矩（橫坐標(biāo)）的增大，轉(zhuǎn)速隨著成正比例降低（縱坐標(biāo)）。如圖1所示。（2）調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性是指當(dāng)加到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，轉(zhuǎn)速隨著加到電樞兩端的電壓的變化而

3、變化的特性曲線。每一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)著一條特性曲線。此特性曲線在理論上是一條直線，即隨著電壓（橫坐標(biāo)）的增大，轉(zhuǎn)速隨著成正比例升高（縱坐標(biāo)）。如圖2所示（3）帶上穩(wěn)速器后作為穩(wěn)速永磁直流微型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性（穩(wěn)速品質(zhì)）穩(wěn)速永磁直流微型電動(dòng)機(jī)的功能是，當(dāng)加到電樞兩端的電壓在容許的范圍內(nèi)變化時(shí)，以及加到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在容許的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)保持恒定。分下列三種情況：a）電樞電壓恒定，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性用百分?jǐn)?shù)來表示。即定義為：1/2額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速與額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速之差對(duì)額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)，稱為電壓一定時(shí)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)速度，用心表示。K1=（n/2一聽）/n

4、Nx100%式中，nN額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速；n1/21/2額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速。心一般在1.5%-3%的范圍內(nèi)。b）負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定，電樞電壓變化時(shí)，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性用百分?jǐn)?shù)來表示。即定義為：電壓自最大使用電壓降低到最小使用電壓時(shí)兩個(gè)轉(zhuǎn)速之差對(duì)最小使用電壓的轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)，稱為轉(zhuǎn)矩一定時(shí)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)速度，用K2表示。K2=（nVmaxnVmin）/nVminX100%式中,nVmax一最大使用電壓時(shí)的轉(zhuǎn)速；nVmin一最小使用電壓的轉(zhuǎn)速；K2一般在1.5%-3%的范圍內(nèi)。c）加到電樞兩端的電壓以及加到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在容許的范圍內(nèi)變化時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性用百分?jǐn)?shù)來表示。即定義為：1/2額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)最大使用

5、電壓下轉(zhuǎn)速與額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)最小使用電壓下轉(zhuǎn)速之差同額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)最小使用電壓下轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)，稱為綜合轉(zhuǎn)速穩(wěn)速度，用K3表示。K3=（ni/2VmaxnNVmix）/nNVminX100%式中,ni/2Vmax1/2額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)最大使用電壓下轉(zhuǎn)速nNvmax額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)最小使用電壓下轉(zhuǎn)速K3一般在2%-5%的范圍內(nèi)。必須指出的是，電動(dòng)機(jī)所達(dá)到的上述轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度范圍是在穩(wěn)速器（例如，離心式穩(wěn)速器）作為電動(dòng)機(jī)的一個(gè)部件同電動(dòng)機(jī)組裝成一個(gè)整體的場(chǎng)合下的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度范圍。若要求轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度更高。例如，達(dá)到0.5%0.1%范圍，應(yīng)當(dāng)采用電子穩(wěn)速電路技術(shù)，使用單獨(dú)穩(wěn)速器，比如，用頻率發(fā)生器作為電動(dòng)機(jī)速度反

6、饋的穩(wěn)速控制，采用F/V變換和PWM等控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)起停、正反轉(zhuǎn)和穩(wěn)速控制。還可以采用鎖頻鎖相技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度，如，可達(dá)0.02%。（4）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)在額定電樞電壓下，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。一般為4-6倍。當(dāng)為自動(dòng)化裝置的執(zhí)行元件一伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)，一般還應(yīng)具有如下性能：a）快速響應(yīng)，即機(jī)電時(shí)間常數(shù)要??；b）控制靈敏，在低信號(hào)下啟動(dòng)性能好，控制信號(hào)死區(qū)小，即啟動(dòng)電壓小。1.2常用永磁材料特點(diǎn)1）鐵氧體（Ferrite）永磁鐵氧體永磁分各向同性和各向異性兩種。由于不含鐐、鉆等貴金屬，因此，成本低、價(jià)格低廉。它的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br較低，矯頑力Hc比較高，不易退磁。

7、由于它的矯頑力比較高，而且退磁曲線為一直線，因此，用它設(shè)計(jì)制造的電機(jī)可以不進(jìn)行穩(wěn)磁處理。它的溫度系數(shù)比較大，溫度穩(wěn)定性差。但是，矯頑力隨著溫度的升高而增大，隨著溫度的降低而減小，也即矯頑力的溫度系數(shù)為正值，這點(diǎn)很特別。在00C以下溫度使用時(shí)要注意它的磁性能的變化，若設(shè)計(jì)不合理，在低溫下可能產(chǎn)生不可逆的去磁。此外，鐵氧體永磁硬而且脆；加工性能比較差，它又不導(dǎo)電，不能電加工，僅能切片及磨加工。鐵氧體永磁主要性能如表1所示。2）鋁鐐鉆（AlNiCo）永磁鋁鐐鉆永磁分各向同性和各向異性兩種。由于含鉆、鐐等貴金屬，因此，價(jià)格比鐵氧體永磁貴。它的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br高，但，矯頑力Hc低，很容易退磁，總是采用

8、裝配后充磁或者充磁后在保磁（用磁短路工具）情況下裝配電機(jī)，而且退磁曲線是非線性的，因此，用它設(shè)計(jì)制造的電機(jī)應(yīng)該進(jìn)行穩(wěn)磁處理。它的溫度系數(shù)小，溫度穩(wěn)定性很好，此外，鋁鐐鉆永磁硬而脆，僅能進(jìn)行磨削和電加工。鋁鐐鉆永磁主要性能如表2所示。3）稀土鉆永磁（SmCOs、Sm2Co17等）稀土鉆永磁的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br和矯頑力Hc都很高，Br接近鋁鐐鉆永磁的Br值，Hc值約為鐵氧體永磁的3倍。而且退磁曲線基本上是一條直線，用它設(shè)計(jì)制造的電機(jī)可以不進(jìn)行穩(wěn)磁處理。它的溫度系數(shù)比鋁鉆鐐永磁稍高，但比鐵氧體永磁低的多，因此，在高溫下使用不怕退磁，磁性能穩(wěn)定。此種永磁硬而脆，加工性能很差，僅能用磨削和電加工。此外，

9、此種永磁由于貴金屬鉆的含量大，因此，價(jià)格很貴，是永磁體中最貴的一種。稀土鉆永磁的主要性能如表3所示。4）鉉鐵硼（NdFeB）永磁鉉鐵硼永磁是被稱為“磁王”的第三代稀土永磁。剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、矯頑力Hc和最大磁能積（BH）max都很高。Br值一般為1.021.25T,最高可達(dá)1.48T,是鐵氧體永磁的3-4倍，是鋁鐐鉆和稀土永磁的體的1-1.5倍；Hc值一般為760-920KA/m,內(nèi)稟矯頑力mHc值一般為880-1680KA/m,最高可達(dá)2240KA/m,是鐵氧體永磁的5-10倍，是鋁鉆鐐永磁的5-15倍，是稀土鉆永磁的1.5倍;最大磁能積（BH）max值可達(dá)320J/m3,是鐵氧體永磁的1

10、0倍，是鋁鐐鉆永磁的5-8倍，是稀土鉆永磁1.5倍。它的退磁曲線是一條直線，用它設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)不用進(jìn)行穩(wěn)磁處理。它的價(jià)格雖然比稀土鉆永磁便宜得多，但也是鐵氧體永磁的10倍左右價(jià)格。它的居里溫度較低，溫度系數(shù)較高，熱穩(wěn)定性較差。另外，它含有大量的鐵元素，因此，容易被氧化、銹蝕，需要進(jìn)行表面處理，如采用電鍍或噴漆或沉積等方法進(jìn)行表面處理。鉉鐵硼永磁的加工性能比稀土鉆永磁加工性能要好一些，一般采用電加工，也可采用切片和磨削加工。鉉鐵硼永磁的主要性能如表4所示。5）鉉鐵硼永磁同其他永磁相比較a）與鐵氧體相比較優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)制造的電機(jī)體積小、重量輕、出力大、效率高。在電機(jī)體積或重量相同的情況下，電機(jī)額定輸出功

11、率可提高30%-50%,甚至可提高100%;在相同的額定輸出功率條件下，電機(jī)的體積或重量減小三分之一左右。電機(jī)用鐵和用銅量可大幅度減少，一般減少40%左右，同時(shí)電機(jī)效率提高10%-15%。缺點(diǎn)：價(jià)格偏高；溫度系數(shù)大；有銹蝕問題。但是，這些缺點(diǎn)隨著今后技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用將會(huì)得到克服。b）與鋁鐐鉆永磁比較鋁鐐鉆永磁優(yōu)點(diǎn)是，溫度系數(shù)小、居里溫度高、熱穩(wěn)定性好、抗氧化能力強(qiáng)和耐腐蝕性好、加工性能好，在軍用精密電機(jī)中應(yīng)用有重要地位。鋁鐐鉆永磁缺點(diǎn)是，矯頑力低、退磁曲線非線性、抗退磁能力差、須考慮可能遇到的最大去磁情況來進(jìn)行磁穩(wěn)定處理且需消耗大量戰(zhàn)略（鉆）。與其相比鉉鐵硼永磁優(yōu)點(diǎn)是，矯頑力高十幾倍、抗退

12、磁能力強(qiáng)、不需要進(jìn)行穩(wěn)磁處理且最大磁能積高5倍以上；但鋁鐵硼缺點(diǎn)是，溫度系數(shù)高、居里溫度較低、熱穩(wěn)定性差。c）與稀土鉆永磁比較稀土鉆永磁和鉉鐵硼永磁一樣，在磁性能上都非常優(yōu)越兼有鐵氧體永磁和鋁鐐鉆永磁的優(yōu)點(diǎn)。但與鉉鐵硼永磁相比，價(jià)格約貴4倍左右且加工性能差，更易碎裂。不過，稀土鉆永磁熱穩(wěn)定性好，抗氧化能力強(qiáng)和耐腐蝕性好，因此，稀土鉆永磁在軍用電機(jī)中得到一定的應(yīng)用。1.3設(shè)計(jì)要點(diǎn)1）合理選用永磁材料和磁極結(jié)構(gòu)形式。2）正確確定永磁體尺寸和工作點(diǎn)。3）在磁路設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足下列條件：要有足夠的磁勢(shì)用來克服包括氣隙在內(nèi)的磁路中的磁阻，并能在氣隙中建立所需要的磁場(chǎng)，包括磁場(chǎng)分布形狀和磁通量。4）以效率為

13、主的電樞設(shè)計(jì)應(yīng)按照不同的槽形，選擇好齒寬與齒距之間的比值以及槽深（或齒高）與電樞鐵心外徑之間的比值。槽形一般用“圓”梨形（半圓槽頂）“或”方梨形（梯形槽頂），對(duì)于極小容量電動(dòng)機(jī)用圓形。方梨形比圓梨形的槽面積要增大5-10%。因此，下面均用方梨形槽進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。5）考慮到永磁體的性能會(huì)隨著供應(yīng)廠家的不同，供應(yīng)批次的不同，而有波動(dòng)，甚至同一批次的但不同爐號(hào)的永磁體其性能也有波動(dòng)。為使每批電機(jī)性能有較好的一致性，應(yīng)根據(jù)永磁體進(jìn)廠檢驗(yàn)的實(shí)際性能，在生產(chǎn)中允許臨時(shí)調(diào)整電樞繞組的設(shè)計(jì)。6）合理選擇換向器材料和電刷材料。7）采用塑料換向器?？蛇x用換向器專業(yè)生產(chǎn)廠生產(chǎn)的換向器。8）應(yīng)控制好換向區(qū)寬度和換向元件

14、電勢(shì)在允許的范圍內(nèi)。9）以伺服性能為主設(shè)計(jì)時(shí)，為了改善啟動(dòng)性能，降低啟動(dòng)電壓，一般在電樞鐵心上扭斜一個(gè)槽距。10）以伺服性能為主的電樞鐵心設(shè)計(jì)，要著重考慮為了獲得快速響應(yīng)，減小機(jī)電時(shí)間常數(shù)，應(yīng)該減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所以要設(shè)計(jì)細(xì)長(zhǎng)的電樞。電樞外徑定了以后，為了能產(chǎn)生最大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（也即堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩），應(yīng)選擇好齒寬與齒距以及槽深（或齒高）與電樞外徑之間的比值。1.4常用公式1)輸入功率Pl=UaIa，瓦(W),式中，Ua一電樞電壓，伏(V),Ia電樞電流,安(A)2) 輸出功率P2=(T2n/0.975)x10-5,瓦(W),式中，丁2輸出轉(zhuǎn)矩，克/厘米(gf-cm)3) 電磁功率Pem=EaI,瓦(

15、W),Ea一電樞反電勢(shì)，伏(V)4) 電勢(shì)反電勢(shì)Ea=(PNa/60a)4)anx10-8=Ken,伏，式中，Ke=(PNa4)a/60a)X10-8,伏/轉(zhuǎn)/分(V/r/min),Ke為反電勢(shì)系數(shù)，它等于轉(zhuǎn)速為1轉(zhuǎn)/分時(shí)的反電勢(shì)；電樞總導(dǎo)體數(shù)；p一極對(duì)數(shù)；a一電樞繞組并聯(lián)支路對(duì)數(shù)；4)a一每極有效磁通(或稱主磁通)，馬克斯威爾(Mx)5) 轉(zhuǎn)速n=Ea/ke=(Ua-Iara-Ub)/ke,轉(zhuǎn)/分(r/min),式中，ra一電樞繞組電阻，歐(Q)；Ub對(duì)電刷壓降，伏(V)6) 轉(zhuǎn)矩電磁Tem=(PNa/2兀)aIax105/9.81=(PNaa/2兀)x(105/9.81)Ia=kTIa,克

16、厘米(gf-cm)式中，kT=(PNaa/2兀a)x(105/9.81)，克厘米/安(gf-cm/A)kT為電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)，它等于電樞電流為1安時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩7) 機(jī)電時(shí)間常數(shù)tj=Jraj/kekT,秒(s),式中，J一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，克厘米秒2(gf-cm-s2);raj一電樞電阻(包括電刷接觸電阻)，歐(Q);ke的單位為伏/弧度/秒(V/rad/s)8) 單位換算a) 轉(zhuǎn)矩：T(gfcm)=Tx9.81x10-5(Nm)或T(Nm)=Tx105/9.81(gfcm)轉(zhuǎn)矩系數(shù)：kT(gf-cm/A)=ktx9.81x10-5(N-m/A)或kT(N-m/A)=ktx105/9.81(gf-cm

17、/A)b) 反電勢(shì)系數(shù)：ke(V/r/min)=kex60/2兀(V/rad/s)或ke(V/rad/s)=kex2兀/60(V/r/min)c) 磁感應(yīng)強(qiáng)度(磁通密度)：B(Gs)=Bx10-4(T或wb/m2)或B(T或wb/m2)=Bx104(Gs)磁場(chǎng)強(qiáng)度：H(Oe)=1/0.4兀(A/cm)=0.796(A/cm)=102/0.4兀(A/m)=7.96x10(A/m)=10-1/0.4%(kA/m)=0.0796(kA/m)或H(A/cm)=0.4兀H(Oe)=1.256H(Oe)H(A/m)=0.4%x10-2H(Oe)=0.01256H(Oe)H(kA/m)=0.4兀x10H(O

18、e)=12.56H(Oe)磁通量：(Mx)=x10-8(wb)或(wb)=x108(Mx)2電磁設(shè)計(jì)計(jì)算中的主要問題2.1主要尺寸主要尺寸是指電樞鐵心外徑Da、電樞鐵心長(zhǎng)度La和氣隙長(zhǎng)度S,其中Da和La同電動(dòng)機(jī)的電磁負(fù)荷有密切關(guān)系。1）電負(fù)荷（沿電樞外圓單位長(zhǎng)度上的安匝數(shù)）A=IaNa/（2兀aDa）,A/cm,Da的單位為cm2）磁負(fù)荷（氣隙磁通密度）B8=/（aptp5）,Gs式中，中a的單位為Mx;L8一電樞計(jì)算長(zhǎng)度，cm;tp一極距且cp=兀Da/2P,cm;ap一計(jì)算極弧系數(shù)，一般ap=0.60.72,轉(zhuǎn)速高時(shí)選較小值，可以改善換向。3）對(duì)于E級(jí)絕緣和連續(xù)工作制的電動(dòng)機(jī)A值范圍按表

19、5選取，轉(zhuǎn)速高于3000轉(zhuǎn)/分時(shí)，適當(dāng)選取偏低值；對(duì)于短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)可比表5選取的值增大60-100%;對(duì)于A級(jí)絕緣應(yīng)相應(yīng)降低25-30%;對(duì)于B級(jí)絕緣應(yīng)相應(yīng)增大25-30%。表5額定轉(zhuǎn)矩（gf-cm）25及以下25-5050-7575-100100-150150-250A(A/cm)30-4540-5042-5545-6050-6554-70續(xù)表5額定轉(zhuǎn)矩（gf-cm）250-450450-600600-800800-2000200020000A(A/cm)60-7365-7568-8270-8875-954）B8值范圍鋁鐐鉆永磁取B8=(0.5-0.7)Br;高轉(zhuǎn)速時(shí)取低值。鐵氧體永磁

20、取B8=（0.6-0.8）Br;稀土（稀土鉆、鉉鐵硼）永磁取B8=（0.85-0.95）Br5）確定主要尺寸6.24Tem103em,厘米對(duì)于以效率為主設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)，按下式計(jì)算電樞外徑（即電樞沖片外徑）Da=3:出、A對(duì)于以伺服性能為主設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)，按下式計(jì)算電樞外徑:1J5Da=另，厘米皈10式中，入=LJDa,其值范圍為：0.81.6,以效率為主設(shè)計(jì)時(shí)選取偏小值，以伺服性能為主設(shè)計(jì)時(shí)選取偏大值。同一機(jī)座號(hào)可安排兩種或三種鐵心長(zhǎng)度，必要時(shí)可以超出此范圍。例如，汽車電風(fēng)扇電機(jī)入值較小，有的可達(dá)0.2。9.3(km-1)P2j5J=;勺05，克厘米k一與轉(zhuǎn)子平均比重等有關(guān)的系數(shù)，它隨入的不同取不同值

21、。在入=0.81.6時(shí)k=68,入大時(shí)取小值。Km一電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，按表6選取。表6nN(r/min)3000及以下3000-60006000-9000P2N/nN(w/r/min)X10-4101020301010203010102030-203040203040203040km2344.534.55.56.5466.57-3-4-4.5-5-4.5-5.5-6-6-6.5-6.8氣隙長(zhǎng)度a的選取范圍：對(duì)輸出功率小于50瓦電機(jī)為0.0120.03厘米；對(duì)大于50瓦的電機(jī)為0.030.06厘米。可用下式確定并選?。簩?duì)P=1的電機(jī)2=（0.0080.015）Da,厘米；對(duì)P=2的電機(jī)2=（0

22、.0060.012）Da,厘米。采用鐵氧體永磁和稀土永磁，a值可大些，例如，汽車用電風(fēng)扇電機(jī)采用鐵氧體永磁氣隙長(zhǎng)度有的可達(dá)0.14-0.18厘米。關(guān)于La的確定：一般用下式確定：La=L&-eDa,厘米，其中，E為永磁體伸長(zhǎng)系數(shù)，可按曲線查得。對(duì)于氣隙較達(dá)時(shí)也可用下式確定：La=L8-2S,厘米。2.2永磁體結(jié)構(gòu)型式和確定永磁體尺寸的原則（1）永磁體結(jié)型式a）鐵氧體永磁結(jié)構(gòu)一般采用以機(jī)殼為鐵軸的圓筒形，或者徑向磁化的磁瓦，如圖4中（1）、（2）所示。前者適用輸出功率30瓦及以下的電機(jī)，后者適用于輸出功率30瓦以上的電機(jī)。電機(jī)一般為2極。但是汽車用電風(fēng)扇電機(jī)也有4極的。b）鋁鐐鉆永磁結(jié)構(gòu)可以采用

23、機(jī)殼為鋁合金的圓筒形或改進(jìn)圓筒形，如圖4中（3）、（4）所示。適用于輸出功率50瓦及以下的電機(jī)。對(duì)于輸出功率大于50瓦的電機(jī)可采用機(jī)為鋁合金并帶有軟鐵磁極切向磁化的瓦形，如圖4中（5）所示。電機(jī)均為2極。c）稀土永磁結(jié)構(gòu)一般采用以機(jī)殼為鐵軸且徑向磁化的瓦形，如圖4中（2）所示。適用于輸出功率300瓦以下的2極電機(jī)。對(duì)輸出功率大于300瓦的低轉(zhuǎn)速電機(jī)可采用以機(jī)殼為鐵軸并帶有軟鐵極靴徑向磁化的矩形條，其同機(jī)殼配合的面為圓弧面，如圖4中（6）所示。電機(jī)通常為4極。d）對(duì)于輸出功率大于300瓦低速電機(jī)無論何種永磁，一般均可采用機(jī)殼為鋁合金并帶有聚磁軟鐵極靴且切向磁化的瓦形，電機(jī)通常為4極。e）為了獲得

24、高氣隙磁密以達(dá)到單位體積的輸出功率（容量）或單位體積的轉(zhuǎn)矩大的目標(biāo)，可采用以方形機(jī)殼為磁軸且徑向磁化的矩形條，或者鋁合金方形機(jī)殼且?guī)в熊涜F極靴矩形條，電機(jī)通常為4極，如圖（4）中（8）和（9）所示。此結(jié)構(gòu)對(duì)稀土永磁，特別是對(duì)鉉、鐵、硼永磁很適用。（2）確定永磁尺寸的原則a）永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)各不相同，形式多種多樣，一般而言，電機(jī)的各對(duì)極的磁路相同，因此，只研究電機(jī)一對(duì)極的磁路即可，而且都可歸結(jié)為圖5所示的等效磁路。圖中，M-永磁體在每對(duì)磁極發(fā)出的源磁通；o一虛擬的永磁體每對(duì)磁極的內(nèi)漏磁通；m-永磁體向外磁路發(fā)出的每對(duì)磁極的磁通，馬克斯威爾（MX）;a一外磁路中的每對(duì)磁極的漏磁通，馬克斯威爾（MX）。

25、需要說明的是，此等效磁路為磁通源等效磁路，對(duì)鐵氧體永磁和稀土永磁磁路的分析特別適合，對(duì)于鋁鐐鉆永磁可采用磁勢(shì)源等效磁路進(jìn)行分析比較方便。根據(jù)磁路基爾霍夫定律，永磁體向外磁路發(fā)出的每對(duì)極磁通應(yīng)在數(shù)量上等于外磁路中的每對(duì)極主磁通和漏磁通之和，即：m2a+。而且，m=BmSma=B8+Ss=B8apTpLs式中，Bm一永磁體工作點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，Sm一永磁體中性截面積，（Cm2）,S8每對(duì)極磁通工作氣隙面積，（cm2）。根據(jù)磁路基爾霍夫第二定律，永磁體在每對(duì)磁極對(duì)外磁路提供的磁勢(shì)Fm應(yīng)與每對(duì)磁極外磁路各部分磁壓降之和習(xí)F在數(shù)量上相等，即：Fm=ZjF令習(xí)F與氣隙磁壓降F8的比值為KS,稱KS為磁路飽和

26、系數(shù)，則有：EF=KF,其中，2B8K8a2BK8aFs=O0。4兀，式中，O為真空磁導(dǎo)率，K8為卡氏系數(shù)，taK8=,2bOta-58+bo式中，ta-電樞沖片齒距，bo電樞沖片槽口寬。根據(jù)磁路歐姆定律,外磁路磁導(dǎo)為：則有:m。+aJBH=EFEFm=oa,所以，有：0abSbp,OJBH=EFKsK8am令b=稱之為漏磁系數(shù),a,0.4兀baptpL8=2KsK8a將外磁路磁導(dǎo)入BH相對(duì)值表示，其基值是永磁體內(nèi)部磁導(dǎo)，即:0.4兀rSmLm式中，Lm一永磁體沿磁化方向上的長(zhǎng)度，厘米（cm）,八一以真空磁導(dǎo)為基值的永磁體工作點(diǎn)上的相對(duì)磁導(dǎo)率。因此，外磁路磁導(dǎo)相對(duì)值為：J!bh0.4兀bapt

27、pLsLmbaprpLs原入BH=X=JY2KsK8a0.4兀rSm2KsKS8YLm其中，Km=，稱之為永磁體細(xì)長(zhǎng)比。Sm上式表明，由電機(jī)外磁路磁導(dǎo)確定的永磁在退磁曲線上的工作點(diǎn)的位置同每對(duì)極磁通工作氣隙面積、氣隙、漏磁系數(shù)、磁路飽和系數(shù)、卡氏系數(shù)、永磁材料特性永磁體細(xì)長(zhǎng)比等有關(guān)。因此，在確定永磁體的尺寸時(shí)，必須處理好永磁材料特性、磁路結(jié)構(gòu)類型以及外磁路磁導(dǎo)三著之間的匹配關(guān)系，以便充分發(fā)揮永磁體的磁能。上述公式可作為永磁體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也可以用來檢驗(yàn)現(xiàn)有永磁體設(shè)計(jì)中是否合理。當(dāng)外磁路磁導(dǎo)等于永磁內(nèi)部磁導(dǎo)時(shí)，也即入BH=1時(shí)，永磁體的磁能才發(fā)揮最大的效用。鐵氧體永磁和稀土永磁內(nèi)部磁導(dǎo)較小，而鋁鐐

28、鉆永磁的內(nèi)部磁導(dǎo)較大。因此，當(dāng)選用鐵氧體和稀土永磁時(shí)，應(yīng)匹配磁導(dǎo)較小的外磁路，也就說一般氣隙取得大一些。而對(duì)鋁鐐鉆永磁則應(yīng)該匹配磁導(dǎo)較大的外磁路，也就說一般氣隙不宜取得大，以便使永磁體退磁曲線上工作點(diǎn)處于較佳位置。前述可知，當(dāng)入BH=1時(shí)，永磁體的磁能將發(fā)揮最大效用。但是,實(shí)際上由于磁漏和負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)等因素的影響，入BH通常應(yīng)該選擇大于1以便電極在額定負(fù)載工作時(shí)，永磁體的工作點(diǎn)仍然處于較佳位置。在確定永磁體尺寸時(shí)，除考慮上述原則外，還應(yīng)考慮生產(chǎn)永磁體的工藝性要求，例如，對(duì)鐵氧體永磁體而言，沿壓制方向的尺寸一般不宜小于4毫米，最厚不宜超過25毫米；沿壓制方向厚度與其垂直方向橫截面等效直徑的尺

29、寸比應(yīng)大于0.1。2.3電樞設(shè)計(jì)1槽數(shù)Z和齒距ta2極電通常采用單疊繞組，4極電機(jī)通常采用單波繞組。繞組一般采用短距繞組，短1/41/2槽距，奇數(shù)槽正好適應(yīng)這一要求。因此，一般采用奇數(shù)槽。奇數(shù)槽還可以削弱電樞與極靴的“吸住”現(xiàn)象，為了進(jìn)一步削弱這一現(xiàn)象，更有效的措施是采取電樞斜槽。斜槽還可以改善惦記低速運(yùn)行的平滑性能，一般斜0.51槽?？傊?，奇數(shù)槽和斜槽對(duì)降低噪聲有利。由于采用短距繞組，可以避免上下兩層有效邊同時(shí)進(jìn)行換向，從而減小換向電勢(shì)，有利于換向。槽數(shù)多能改變換向，可減弱氣隙磁通的脈動(dòng)（主磁通脈動(dòng)）的振幅，因而降低極靴表面的附加損耗。但是，槽數(shù)多將降低齒部鐵心材料利用率，增加制造成本。對(duì)于

30、自動(dòng)繞線工藝，為了工藝簡(jiǎn)便，一般采用少槽、直槽，同時(shí)還采用偶數(shù)槽，這樣可用雙飛翼式繞線機(jī)自動(dòng)繞線，而且便于動(dòng)平衡。對(duì)于電機(jī)的換向要求比較高的電機(jī)，如高數(shù)電機(jī)以及槽數(shù)與換向片數(shù)相同的情況下，可適當(dāng)增加槽數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可按下列公式選取槽數(shù)Z:Z=(35)Da,取整，Da單位為厘米，Da大者，取小值。兀Da齒距t=，厘米Z2.槽形、槽和齒尺寸槽形一般用圓梨形和方梨形，方梨形用的多，做成等尺寬，如圖6所示。容量很小的電機(jī)，有時(shí)也采用圓形槽，如圖7所示。I.槽口寬bo=(56)6，厘米，但對(duì)于自動(dòng)繞線的電機(jī)，boda+(0.110.15)，厘米，其中da為帶有絕緣的導(dǎo)線直徑。U.槽口高h(yuǎn)0=0.040.

31、1厘米,Da大著取大值。m.齒寬bz確定，當(dāng)n、Z確定后，根據(jù)齒內(nèi)允的最大通密度并考慮機(jī)械強(qiáng)度來選取齒寬，一般不宜小于0.1厘米，可按下選擇并確定：Bstabz=，一般應(yīng)保證最小齒寬處的磁通密度Bz不大于1300015000GSKBZW.齒高h(yuǎn)z確定對(duì)于方梨形槽，可按下式選擇并確定：hz=(0.230.27)Da,P=1電機(jī)，hz=(0.180.22)Da,P=2電機(jī)。Da大著，取小值。一般應(yīng)保證軸部磁通密度不大于1300015000GS在此前提下，hz應(yīng)盡量大，以獲得盡量大的槽面積。對(duì)于圓形槽，待確定了圓形槽直徑后在計(jì)算之，并保證軸部磁通密度不大于1300015000GSV .軸孔直徑Dai

32、=(0.180.22)Da,厘米。aVI .其它尺寸按方犁形槽、圓形槽分別計(jì)算。a) (I)方犁形槽槽口深hos=(1.11.5)ho,厘米。b) 兀Da-2(ho+hos)槽寬bs=-bz,厘米。c) zDaDai軸寬hc=-hz-，厘米。d) 22兀(Dai+2hc)-zbz槽底圓直徑dRi=,厘米。e) z-兀bo+bsbs+dRi兀槽面積Ss=xhos+x(hz-hos-ho)+dRi,厘米2。228?；蛘逽s=50(bo+bs)hos+(bs+dRi)(h2-hos-ho)+dR：，毫米氣4(n)圓形槽兀(Da-2ho)-zbza)圓形柱的直徑dR=,厘米。z+兀DaDaib）軸寬h

33、c=-ho-dR-2Dac）齒高h(yuǎn)z=2d）槽面積Ss=兀3.電樞繞組,厘米2Dai-hc-,厘米。2dR（）2,厘米2?；蛘逽s=25兀dR2,毫米221）設(shè)計(jì)的電樞繞組應(yīng)做到：I）在給定的每對(duì)極主磁通a和額定轉(zhuǎn)速HnF能產(chǎn)生反電勢(shì)Ea；n）應(yīng)允許流過電流Ia升不超過規(guī)定值；m）應(yīng)有良好的換向。2）電樞繞組元件數(shù)和繞組布置。淤I）電樞繞組元件數(shù)k當(dāng)p=1時(shí)，用單疊繞組，k=（13）z;當(dāng)p=2時(shí)，用單波繞組，K=Z或3Z因?yàn)閷?duì)單波繞組而言，只有在電樞繞組元件數(shù)為奇數(shù)時(shí)才附和對(duì)稱條件，而Z一般取奇數(shù)。從保證換向良好，K應(yīng)盡量大，這是由于電樞繞組被電刷短路的換向元件的漏磁通感應(yīng)電勢(shì)同一個(gè)繞組元件

34、匝數(shù)成正比。當(dāng)電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)為一定時(shí)，繞組元件愈多，一個(gè)繞組元件的匝數(shù)愈少，換向元件的漏磁通感應(yīng)電勢(shì)愈小對(duì)換向有利。但是，繞組元件一般是與換片數(shù)相等的而換向片又不能太小換向器直徑又不能太大，因此，換向片數(shù)也即電樞繞組元件不能太多。而且，換向片愈多，制造也愈困難。n）繞組布置對(duì)于輸出功率300瓦及以下的電機(jī)，通常做成兩個(gè)極，一般采用短距的單疊饒組，對(duì)于輸出功率大于3000瓦的電機(jī)，可做成4個(gè)極，一般采用短距的單波繞組。前面已指出，采用短距有利于換向，因?yàn)樵谕徊壑胁煌@組元件的元件邊將不同時(shí)換向，因而被電刷短路換向元件的漏磁通感應(yīng)電將明顯減小。2）3）電樞繞組導(dǎo)體數(shù)Na的確定I）電樞繞組反電按

35、下式計(jì)算：1+2n當(dāng)nN60009000r/min時(shí)，Ea=Ua,伏。3n1+3n當(dāng)nN=30006000r/min時(shí)，Ea=Ua,付。4n1+4n當(dāng)nNmm摩擦系數(shù)額定電流密度A/cm2允許圓周速度m/s電刷單位壓力/2g/cmS313+30%77土22%1.7+10%2.1+25%0.200.251125200400S620+13%79+40%1.28+10%1.8+25%0.200.331270150200D10410+40%100+巖1.64同上2.4+20%0.250.201240150200D1069+40%97；9%1.622.3+20%0.250.251240150200D17

36、213+40%9n/103+31%1.602.7+20%0.200.251270150200D172NM15+40%9-.103+31%1.582.1+20%0.200.201270150200D20220+25%91+26%1.582.5+25%0.150.251045200250D21329+25%89+38%1.652.6+25%0.150.251040200400D21428+25%82+23%1.642.4+25%0.150.251040200400D21530+25%68+46%1.502.8+25%0.150.251040200400D25215+30%85+：%1.632.5+25%0.150.251245200250D28015+25%20-,74+41%1.632.5+25%0.200.251260200250D30840+30%8625%1.592.6+35%