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无刷直流电动机的设计

来源:北京永光高特微电机有限公司作者:李利网址:http://www.yggtwdj.cn浏览数:93671


8.2无刷直流电动机的磁路结构与等效磁路图

8.2 l磁路结构

   无刷直流电动机在磁路结构上的最大特点是采用永磁体作转子,而定子结构基本上与交流电动机相似。转子结构形式主要有圆柱式、星形式和拼块式三种,如图3l所示。

 

          图3l磁路结构形式

(1)圆柱式永磁体的磁路结构

   转子为圆柱形永磁体,转轴从永磁体的中心穿过,其优点是结构简单,加工方便,可以采用高磁积的结晶取向永磁体。但是,永磁体(磁钢)的外表面没有极靴,电枢反应对永磁体的去磁作用较强。因此,这种结构在小功率电动机中得到较广的应用。

   (2)星形式永磁体的磁路结构

   星形式永磁体可以做成四极、六极结构。虽然结构也较简单,但磁场热处理复杂,当极对数p大于3时,磁场热处理极困难,甚至不可能。因此,只能用磁能积较低的非结晶取向永磁体,其磁性能较差;而且,电枢反应对永磁体的去磁作用亦较大,在无刷直流电动机中用得较少。

   (3)拼块式转子磁路结构

   这种转子结构比上述两种复杂,它由转轴、永磁体、磁搬体等拼装而成,加工制造麻烦,永磁体的有效长度短;但是,这种结构便于做成多极式,可以采用结晶取向的高性能永磁体。另外,结构上有极靴(磁极体),能给电枢反应去磁磁势提供通路,故电枢反应对磁钢的去磁作用较小,在速度较低的多极电机中,以及无刷直流力矩电动机中应用广泛。

8. 2.2等效磁路图

   上述三种结构形式的磁路,均由永磁体、软铁和气隙组成。假定通过气隙进入齿部的磁通不在电枢齿内分流,而全部经过轭部闭合,那末电动机空载时的等效磁路图如图32所示。图中Λσ为永磁体漏磁导;Λδ、ΛΔδ、Λz、Λj、Λa。分别为气隙磁导、第二气隙磁导、齿部磁导、磁极体磁导和电枢轭部磁导;Φm0为空载时永磁体中性截面发出的磁通;Φσ0和Φδ0分别为永磁体漏磁通和气隙磁通。由图可见:

 

图32等效磁路图

   图中,AW′为虚设的永磁体内磁势,当永磁体在回复直线上工作时,它的数值由回复直线的延长线与横坐标轴的交点来决定;Λm为永磁体的内磁导,当磁路的磁状态处在回复直线上时,它可以被看作为常量,其值为:         (43)

式中:μ0一空气导磁率,μ0=0.4π;

     μr一永磁体的相对导磁率,也就是回复系数。常用永磁体材料的回复系数如表12所示;

     Sm一产生每极磁通的与磁力线相垂直的永磁体的计算中性截面积;

     Lm一永磁体沿磁力线方向的一对磁极的计算长度。

表12不同永磁材料的μr值

电动机加负载以后,由于电枢磁场的作用,使电动机的气隙磁场发生畸变,磁力线扭曲。圆柱式结构电动机加负载后的磁场分布情况如图33a所示。图33b为电动机加负载时沿直轴方向的等效磁路图。图中4Wad电枢反应磁势的直轴分量。对转子磁场来说,AWad有时起增磁作用,有时起去磁作用,它的大小和方向随着转子位置的变化而变化,Φm是电动机负载时永磁体中性截面上发出的磁通;Φδ和Φσ,分别为电动机负载时的气隙磁通和漏磁通。

星形式永磁体结构的电动机加负载时,电枢磁场的变化与圆柱式相同。

对于拼块式永磁体结构的多极电动机来讲,电动机加负载后,由于电枢反应磁场的作用,也会使气隙磁场发生畸变,产生时而增磁和时而去磁的效果;但由于其转子上具有软铁制成的磁极体,能给电枢反应的去磁磁通路提供通路,致使其对转子永磁体的去磁作用大为减弱。

图33负载后的磁通分布与等效磁路图

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