圆柱型电枢永磁直流微型电动机电磁设计1

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1、圆柱型电枢永磁直流微型电动机电磁设计目录1简述1.1主要特性1.2常用永磁材料特点1.3设计要点1.4常用公式2电磁设计中的主要问题2.1主要尺寸2.2永磁体结构形式和确定永磁体尺寸的原则2.3电枢设计2.4定子设计2.5磁路计算2.6工作特性计算3设计举例14圆柱型电枢永磁直流微型电动机电磁设计计算1简述永磁直流微型电动机是指永磁材料（或加上铁磁材料）制成磁极，以建立电动机所需的激磁磁场的一类精密直流微型电动机。该类电动机结构简单，体积小，出力大，效率高，用铜量少；若用高矫顽力永磁材料（如铁氧体

2、、稀土永磁等）制造的直流微型电动机还具有换向性能好，寿命长等优点。该类电动机与普通的他激或者并激的电磁式直流电动机一样具有下垂的机械特性（或称为转矩—转速特性）和线性的调节特性（或称为电压—转速特性），调速范围广，便于控制。所以，常用于要求启动转矩高、转速范围变化大的场合；也常用于以蓄电池或干电池为电源的场合，例如，在汽车中用于驱动风扇、雨刮器、坐椅、门窗等等。1.1主要特性(1)机械特性机械特性是指当加到电动机两端的电压一定时，转速随着转矩的变化而变化的特性曲线。每一个电压对应着一条特性曲线。此

3、特性曲线在理论上是一条下垂的直线，即随着转矩（横坐标）的增大，转速随着成正比例降低（纵坐标）。如图1所示。(2)调节特性调节特性是指当加到电动机转轴上的负载转矩一定时，转速随着加到电枢两端的电压的变化而变化的特性曲线。每一个负载转矩对应着一条特性曲线。此特性曲线在理论上是一条直线，即随着电压（横坐标）的增大，转速随着成正比例升高（纵坐标）。如图2所示(3)带上稳速器后作为稳速永磁直流微型电动机的转速稳定性（稳速品质）稳速永磁直流微型电动机的功能是，当加到电枢两端的电压在容许的范围内变化时，以及加到

4、电动机转轴上的负载转矩在容许的范围内变化时，电动机的转速应保持恒定。分下列三种情况：a)电枢电压恒定，负载转矩变化时，转速的稳定性用百分数来表示。即定义为：1/2额定负载转矩时转速与额定负载转矩时转速之差对额定负载转矩时转速之比的百分数，称为电压一定时的转速稳速度，用K1表示。K1=（n1/2—nN）/nN×100%式中，nN—额定负载转矩时转速；n1/2—1/2额定负载转矩时转速。K1一般在1.5%--3%的范围内。b)负载转矩恒定，电枢电压变化时，转速的稳定性用百分数来表示。即定义为：电压自最

5、大使用电压降低到最小使用电压时两个转速之差对最小使用电压的转速之比的百分数，称为转矩一定时的转速稳速度，用K2表示。K2=（nVmax—nVmin）/nVmin×100%式中，nVmax—最大使用电压时的转速；nVmin—最小使用电压的转速；K2一般在1.5%--3%的范围内。c)加到电枢两端的电压以及加到电动机转轴上的负载转矩在容许的范围内变化时转速的稳定性用百分数来表示。即定义为：1/2额定负载转矩时最大使用电压下转速与额定负载转矩时最小使用电压下转速之差同额定负载转矩时最小使用电压下转速之比

6、的百分数，称为综合转速稳速度，用K3表示。14K3=（n1/2Vmax—nNVmix）/nNVmin×100%式中，n1/2Vmax—1/2额定负载转矩时最大使用电压下转速nNvmax—额定负载转矩时最小使用电压下转速K3一般在2%--5%的范围内。必须指出的是，电动机所达到的上述转速稳定度范围是在稳速器（例如，离心式稳速器）作为电动机的一个部件同电动机组装成一个整体的场合下的转速稳定度范围。若要求转速稳定度更高。例如，达到0.5%—0.1%范围，应当采用电子稳速电路技术，使用单独稳速器，比如，用

7、频率发生器作为电动机速度反馈的稳速控制，采用F/V变换和PWM等控制技术，实现对电动机起停、正反转和稳速控制。还可以采用锁频锁相技术，实现更高的转速稳定度，如，可达0.02%。(4)启动转矩倍数在额定电枢电压下，启动转矩与额定转矩之比，称为启动转矩倍数。一般为4--6倍。当为自动化装置的执行元件—伺服电动机时，一般还应具有如下性能：a)快速响应，即机电时间常数要小；b)控制灵敏，在低信号下启动性能好，控制信号死区小，即启动电压小。1.2常用永磁材料特点1)铁氧体(Ferrite)永磁铁氧体永磁分各

8、向同性和各向异性两种。由于不含镍、钴等贵金属，因此，成本低、价格低廉。它的剩余磁感应强度Br较低，矫顽力Hc比较高，不易退磁。由于它的矫顽力比较高，而且退磁曲线为一直线，因此，用它设计制造的电机可以不进行稳磁处理。它的温度系数比较大，温度稳定性差。但是，矫顽力随着温度的升高而增大，随着温度的降低而减小，也即矫顽力的温度系数为正值，这点很特别。在00C以下温度使用时要注意它的磁性能的变化，若设计不合理，在低温下可能产生不可逆的去磁。此外，铁氧体永磁硬而且脆；加工性能比较差，它又不导电