小型永磁直流电机设计.docx

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1、小型永磁直流电机设计小型永磁直流电机设计 1.电机主要尺寸与功率,转速的关系: 与异步电机相似,直流电机的功率,转速之间的关系是: D22*Lg=6.1*108*p/(aP*A*Bg*Ky*n) (1) D2 电枢直径(cm) 电机初设计时的主要尺寸 Lg 电枢计算长度(cm) 根据电机功率和实际需要确定 p 计算功率(w) p=E*Ia=(1+2)*PN/3 E=Ce*n*Ky=(P*N/60*a)*2*n*Ky*10-8 Ce 电势系数 a 支路数 在小功率电机中取a=2 p 极数 在小功率电机中取p=2 N 电枢总导体数 n 电机额定转速 Ky 电枢绕组短矩系数 小功率永磁电机p=2时,

2、采用单叠绕组Ky=Sin(y1/)*/2 y1绕组第一节矩 P 极弧系数 一般取aP=0.60.75 正弦分布時aP=0.637 每极磁通 =aP*Lg*Bg 极矩(cm) =*D2/P Bg气隙磁密(Gs) 又称磁负荷，对铝镍Bg=(0.50.7) Br，对铁氧体Bg=(0.70.85) Br, Br为剩磁密度 A 电枢线负荷A=Ia*N/(a*D2)Ia电枢额定电流 对连续运行的永磁电动机,2一般取A=(3080)A/cm另外电机负荷= Ia/(a*Sd),其中Sd=*d/4，d为导线直径。为了保证发热因子A*1400 (A/cm*A/mm2 )通常以电枢直径D2和电枢外径La作为电机主要

3、尺寸,而把电动机的输出功率和转速为电机的主要性能,在主要尺寸和主要性能的基础上,我们就可以设计电机了。 Ap1008331谢志恒 在(1)式的基础上 经过变换可为: D22*Lg*n/P=(6.1*108/2)*1/(aP*Bg*A)=CA 由上式可以看, CA的值并不取决於电机的容量和转速,也不直接与电枢直径和长度有关,它仅取决於气隙的平均磁密及电枢线负荷,而Bg和A的变化很小,它近似为常数,通常称为电机常数,它的导数KA=1/CA=(p/n)/(D22* Lg)aP*Bg*A 称为电机利用系数,它是正比於单位电枢有效体积产生的电磁转矩的一个比例常数。 2.磁钢的选择: 2.1磁钢的材质 在

4、永磁直流电机中,磁钢相当于串激电中的定子线圈中,它在定子铁壳中产生磁场,它和其它电机一样,是利用电磁感应原理在磁场媒质中进行能量转换的,磁场在能量转换过程中起媒介作用,在永磁直流电机中产生磁场的磁源是充过磁的永磁体,也叫磁钢，充过磁的磁石性能对电机的性能有很大的影响。 在现代电机制造中,磁钢的材料有下列几种:铁氧体.铝镍鈷合金,稀士合金,釹铁硼等.由于各种材料自身特点和本公司的实际,一般选用铁氧体作为永磁材料。 2.2永磁材料的磁性能 磁钢的退磁曲线如下: 永磁材料的磁性能可以用磁滞回线来反映和描述.即用B=f(H)曲线来反映永磁体的磁感应强度随磁场强度来降改变的特性,该回线包含的面积随最大充

5、磁磁场强度HMAX增大而增大,当HMAX达到HS时回线面积渐近地达到一个最大值,而且这时磁性能也较稳定,面积最大的回线被称为磁滞回线. 磁滞回线在第二象限的部分称为退磁曲线,它是永磁材料的基本特性曲线,退磁曲线中磁感应强度Bm为正值而磁场强度Hm为负值,在退磁曲线过程中,永磁体相当于一个磁源.退磁曲线的两个极限们位置是表征永磁材料磁性能的两个重要参数(Br,Hc)，退磁曲线上任一点磁通密度与磁场强度的乘积被称为磁能积,在退磁曲线中有一个最大值,这一最大值称为最大磁能积(BH)MAX 单位为J/m3 ,它是永磁材料磁性能的一个重要参数. Br对电机性能的影响很大,使用较大Br值的磁钢可以增加扭矩

6、,但会使电机空载转速降低。 2.3永磁材料的选择 2.3.1应保证电机气隙中有中足够的气隙磁密和规定的电机性能指标 2.3.2在规定的环境条件.温度条件和使用条件下电机性能稳定 2.3.3磁石要有良好的机械性能以便加工和装配 2.3.4另外要经济性 2.3.5尽量选择最大磁能积大的磁钢 2.3.6根据对电机性能的影响,选择磁石的Br值 2.4永磁直流电动机的充磁 三种充磁方式: 1)电磁式充磁电源 2)电容式充磁电源 3)半周期式充磁电源 2.4.1电磁式充磁特点: 1)能产生很长的脉冲进行铝镍鈷充磁 2)由于充磁电流小,为了使充磁磁场达到要求,需增加充磁线圈匝数 3)不能有效地使充磁质量达到

7、要求 2.4.2半周期式充磁特点: 1)它能在很快的循环速度下产生脉冲磁场。 2)它能给充磁夹具提供大电流 ,且受交流电流承载能力的限制。 3)通常电源是一个固定装置,因此该电器必须与较接近的变电场所 和较大的变压器用大功率电线连接。 4)交流电压110V600V 单相50Hz或60Hz。 2.4.3电容式充磁特点: 1)电容箱中的能量可以在一个很短的时间内释放出一个很大幅值的电流脉冲(5000A) 这些电流能够产生很大的磁场 2)对于充磁材料的几何尺寸或形状限制了充磁夹具中的线圈数量, 利用电容式充磁电源可以满足. 3)费用较高. 要使电机有较小的充磁电压,一般使用电容式充磁,但费用较高,故

8、根据实际情况而定.同样磁钢采用双半圆内充磁时,可以使气隙磁密的波形为正弦波,双半圆内充磁磁头的尺寸如下: =90115 A=Dmi-(0.10.2)mm R=(0.50.7)A 环形 R=(0.70.78)A 瓦形 =180*2p/(p/2)=135 L=LM+(24)mm LM为磁钢轴向长度(cm) Dmi 磁钢内径(cm) 充磁夹具中的条形极,硅钢片或碳钢的绝缘用合成的玻璃纤维缠绕或环绕氧树脂通过流化进行环氧树脂处理而成.充磁夹具按要求的循环速率和运行条件进行常规的四个小时的常规测试,它是通过安装铜散热片或钢制条形极上开通风口并在其中通入水或空气来进行冷却的.充磁夹具的绝缘耐压试验: 2倍工作电压+1000V。