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1、小型永磁直流電機設計1.電機主要尺寸與功率,轉速的關系:與異步電機相似,直流電機的功率,轉速之間的關系是:D22*Lg=6.1*108*p’/(aP*A*Bg*Ky*n)(1)D2電樞直徑(cm)電机初設計時的主要尺寸Lg電樞計算長度(cm)根據電机功率和實際需要確定p’計算功率(w)p’=E*Ia=(1+2η)*PN/3ηE=Ce*Φ*n*Ky=(P*N/60*a)*Φ2*n*Ky*10-8Ce電勢系數a支路數在小功率電機中取a=2p极數在小功率電機中取p=2N電樞總導体數n電机額定轉速Ky電樞繞組短矩系數小功率永磁電机p=2時,采用單疊繞組Ky=Sin[(y1/τ)*π/2]y1
2、繞組第一節矩aP極弧系數一般取aP=0.6~0.75正弦分布時aP=0.637Φ每極磁通Φ=aP*τ*Lg*Bgτ極矩(cm)τ=π*D2/PBg氣隙磁密(Gs)又稱磁負荷對鋁鎳Bg=(0.5~0.7)Br對鐵氧体Bg=(0.7~0.85)Br,Br為剩磁密度A電樞線負荷A=Ia*N/(a*π*D2)Ia電樞額定電流對連續運行的永磁電動机,一般取A=(30~80)A/cm另外電機負荷Δ=Ia/(a*Sd),其中Sd=π*d2/4d為導線直徑.為了保証發熱因子A*Δ≦1400(A/cm*A/mm2)通常以電樞直徑D2和電樞外徑La作為電机主要尺寸,而把電動機的輸出功率和轉睦為電机的主要
3、性能,在主要尺寸和主要性能的基礎上,我們就可以設計電機了.在(1)式的基礎上經過變換可為:D22*Lg*n/P’=(6.1*108/π2)*1/(aP*Bg*A)=CA由上式可以看,CA的值並不取決於電機的容量和轉速,也不直接與電樞直徑和長度有關,它僅取決於氣隙的平均磁密及電樞線負荷,而Bg和A的變化很小,它近似為常數,通常稱為電機常數,它的導數KA=1/CA=(p’/n)/(D22*Lg)∞aP*Bg*A稱為電機利用系數,它是正比於單位電樞有效体積產生的電磁轉矩的一個比例常數.2.直流電機定子的確定2.1磁鋼內徑根據電機電樞外徑D2確定磁鋼內徑Dmi=D2+2g+2Hp其中g為氣隙
4、長度,小功率直流電機g=0.02-0.06cm,鐵氧體時g可取得大些,鋁鎳鈷磁鋼電機可取得較小,因鐵氧體HC較大.氣隙對電機的性能有很大的影響,較小的g可以使電樞反應引起的氣隙磁場畸變加劇,使電機的換向不良加劇,及電機運行不穩定,主極表面損耗和噪音加劇,以及電樞撓度加大,較大的氣隙,使電機效率下降,溫升提高.有時電機磁鋼采用極靴,這樣可以起聚磁作用,提高氣隙磁密,還可稠節極靴形狀以改善空載氣隙磁場波形,負載時交軸電樞反應磁通經極靴閉,合對永磁磁極的影響較小.但這樣會使磁鋼結構复雜,制造成本增加,漏磁系數較大,外形尺寸增加,負載時氣隙磁場的畸變較大.而無極靴時永磁體直接面向氣隙,漏磁系
5、數小,能產生較多的磁通,材料利用率高,氣隙磁場畸變,而且結構簡單,便於生產.其缺點是容易引起不可逆退磁現象.Hp極靴高(cm)無極靴結構時Hp=02.2磁鋼外徑Dm0=Dmi+2Hm(瓦片形結構)Hm永磁體磁路長度,它的尺寸應從滿足(1)有足夠的氣隙磁密(產生不可逆退磁),(2)在要求的任何情運行狀態下會形成永久性退磁等方面來確定,一般Hm=(5~15)gHm越大,則氣隙磁密也越大,否則,則氣隙磁密也越小.2.3磁鋼截面積Sm對于鐵氧體由于Br小,則Sm取較大值,而對于鋁鎳鈷來說,Br較大,則Sm取小值.環形鐵氧體磁鋼截面積:Sm=aP*p*(Dmi+Hm)Lg/P(cm)瓦片形鐵氧
6、體磁鋼面積:Sm=aP*p*(Dmi+Hm)Lm/P(cm)瓦片形鐵氧體弧度角:b=180°*aP*2/P2.4磁鋼軸向長度Lm對鐵氧体由于Br小,為了增加磁鋼截面Sm,則Lm=(1.1~1.2)La2.5磁鋼的選擇:2.5.1磁鋼的材質在永磁直流電機中,磁鋼相當于串激電中的定子線圈中,它在定子鐵殼中產生磁場,它和其它電機一樣,是利用電磁感應原理在磁場媒質中進行能量轉換的,磁場在能量轉換過程中起媒介作用,在永磁直流電機中產生磁場的磁源是充過磁的永磁體,也叫磁鋼)充過磁的磁石性能對電機的性能有很大的影響.在現代電機制造中,磁鋼的材料有下列幾種:鐵氧體.鋁鎳鈷合金,稀士合金,釹鐵硼等.由
7、于各種材料自身特點和本廠的實際,一般選用鐵氧體作為永磁材料.2.5.2永磁材料的磁性能磁鋼的退磁曲線如下:永磁材料的磁性能可以用磁滯回線來反映和描述.即用B=f(H)曲線來反映永磁體的磁感應強度隨磁場強度來降改變的特性,該回線包含的面積隨最大充磁磁場強度HMAX增大而增大,當HMAX達到HS時回線面積漸近地達到一個最大值,而且這時磁性能也較穩定,面積最大的回線被稱為磁滯回線.磁滯回線在第二象限的部分稱為退磁曲線,它是永磁材料的基本特性曲線,退磁曲線中磁感應
