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無刷直流電動機的設計

來源:北京永光高特微電機有限公司作者:李利網址:http://www.zgdlzj.com瀏覽數:96247


8.2無刷直流電動機的磁路結構與等效磁路圖

8.2 l磁路結構

   無刷直流電動機在磁路結構上的最大特點是采用永磁體作轉子,而定子結構基本上與交流電動機相似。轉子結構形式主要有圓柱式、星形式和拼塊式三種,如圖3l所示。

 

          圖3l磁路結構形式

(1)圓柱式永磁體的磁路結構

   轉子為圓柱形永磁體,轉軸從永磁體的中心穿過,其優點是結構簡單,加工方便,可以采用高磁積的結晶取向永磁體。但是,永磁體(磁鋼)的外表面沒有極靴,電樞反應對永磁體的去磁作用較強。因此,這種結構在小功率電動機中得到較廣的應用。

   (2)星形式永磁體的磁路結構

   星形式永磁體可以做成四極、六極結構。雖然結構也較簡單,但磁場熱處理復雜,當極對數p大于3時,磁場熱處理極困難,甚至不可能。因此,只能用磁能積較低的非結晶取向永磁體,其磁性能較差;而且,電樞反應對永磁體的去磁作用亦較大,在無刷直流電動機中用得較少。

   (3)拼塊式轉子磁路結構

   這種轉子結構比上述兩種復雜,它由轉軸、永磁體、磁搬體等拼裝而成,加工制造麻煩,永磁體的有效長度短;但是,這種結構便于做成多極式,可以采用結晶取向的高性能永磁體。另外,結構上有極靴(磁極體),能給電樞反應去磁磁勢提供通路,故電樞反應對磁鋼的去磁作用較小,在速度較低的多極電機中,以及無刷直流力矩電動機中應用廣泛。

8. 2.2等效磁路圖

   上述三種結構形式的磁路,均由永磁體、軟鐵和氣隙組成。假定通過氣隙進入齒部的磁通不在電樞齒內分流,而全部經過軛部閉合,那末電動機空載時的等效磁路圖如圖32所示。圖中Λσ為永磁體漏磁導;Λδ、ΛΔδ、Λz、Λj、Λa。分別為氣隙磁導、第二氣隙磁導、齒部磁導、磁極體磁導和電樞軛部磁導;Φm0為空載時永磁體中性截面發出的磁通;Φσ0和Φδ0分別為永磁體漏磁通和氣隙磁通。由圖可見:

 

圖32等效磁路圖

   圖中,AW′為虛設的永磁體內磁勢,當永磁體在回復直線上工作時,它的數值由回復直線的延長線與橫坐標軸的交點來決定;Λm為永磁體的內磁導,當磁路的磁狀態處在回復直線上時,它可以被看作為常量,其值為:         (43)

式中:μ0一空氣導磁率,μ0=0.4π;

     μr一永磁體的相對導磁率,也就是回復系數。常用永磁體材料的回復系數如表12所示;

     Sm一產生每極磁通的與磁力線相垂直的永磁體的計算中性截面積;

     Lm一永磁體沿磁力線方向的一對磁極的計算長度。

表12不同永磁材料的μr值

電動機加負載以后,由于電樞磁場的作用,使電動機的氣隙磁場發生畸變,磁力線扭曲。圓柱式結構電動機加負載后的磁場分布情況如圖33a所示。圖33b為電動機加負載時沿直軸方向的等效磁路圖。圖中4Wad電樞反應磁勢的直軸分量。對轉子磁場來說,AWad有時起增磁作用,有時起去磁作用,它的大小和方向隨著轉子位置的變化而變化,Φm是電動機負載時永磁體中性截面上發出的磁通;Φδ和Φσ,分別為電動機負載時的氣隙磁通和漏磁通。

星形式永磁體結構的電動機加負載時,電樞磁場的變化與圓柱式相同。

對于拼塊式永磁體結構的多極電動機來講,電動機加負載后,由于電樞反應磁場的作用,也會使氣隙磁場發生畸變,產生時而增磁和時而去磁的效果;但由于其轉子上具有軟鐵制成的磁極體,能給電樞反應的去磁磁通路提供通路,致使其對轉子永磁體的去磁作用大為減弱。

圖33負載后的磁通分布與等效磁路圖

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