關(guān)于外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)電磁設(shè)計(jì)案例的詳細(xì)說(shuō)明

一款10000r/min、100W、3極的外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)為實(shí)例，給出電機(jī)的反電勢(shì)、氣隙磁密和電磁場(chǎng)的分布情況，分析齒槽轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)矩，計(jì)算空載永磁體磁場(chǎng)諧波等，并在詞寄出上試制了樣機(jī)，完成了有關(guān)性能的測(cè)試，驗(yàn)證了電磁設(shè)計(jì)和仿真分析的正確性，為采用外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行了節(jié)能節(jié)電的分析與設(shè)計(jì)提供一些有意義的參考。

1. 2外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)的主要尺寸確定

電機(jī)的主要尺寸和計(jì)算功率、轉(zhuǎn)速、電磁負(fù)荷有光

其中，Di為定子內(nèi)徑，L為鐵芯長(zhǎng)度nN為額定轉(zhuǎn)速，ai為極弧系數(shù)，取0.7~0.8；P為計(jì)算功率，取P=(1.1~1.2)ＸPn;K為氣隙磁場(chǎng)的波形系數(shù)，為正弦分布時(shí)Kφ=1.11;KW為基波繞組 系數(shù)，本電磁方案用集中繞組

1.3外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)永磁材料的選取

永磁體材質(zhì)的性能在一定的程度上決定著電機(jī)的尺寸和性能，目前，永磁無(wú)刷電機(jī)的應(yīng)用上的磁性材質(zhì)主要是鐵氧體和釹鐵硼

（1） 鐵氧體的矯頑力溫度系數(shù)為0.27%/K,在允許范圍溫度越高，矯頑里越高；釹鐵硼矯頑力溫度系數(shù)-（0.4~0.7）%/K，通常高工作溫度為150℃，溫度 穩(wěn)定性能比鐵氧體差

（2） 釹鐵硼是目前磁性能強(qiáng)的用詞材料，其大的磁能積為鐵氧體永磁材質(zhì)的5~12倍。因此，在相同的尺寸下能提供更大的氣隙磁通和輸出轉(zhuǎn)矩。但是目前釹鐵硼價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵氧鐵，同等重量下的釹鐵硼價(jià)格是鐵氧體價(jià)格的6~7陪

（3） 對(duì)三相永磁無(wú)刷直流電機(jī)，通過(guò)增加磁鐵的厚度和供磁面積，可以有效增加氣隙磁通。鐵氧鐵磁負(fù)荷教低，以至電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)也較小，能減少噪音。

綜合技術(shù)要求和材質(zhì)，本設(shè)計(jì)選擇釹鐵硼作為磁性材料

1.4永磁體厚度的選取

永磁體的厚度hm的計(jì)算公式如下：

式中：Ks為外磁路的飽和系數(shù)；Kδ為氣隙系數(shù)；Bδ為氣隙磁密； δ為平均氣隙長(zhǎng)度；μo為真空磁導(dǎo)率；Hc為內(nèi)稟矯玩力。永磁體厚度需綜合電力性能與成本，按需要的氣隙磁通密度通過(guò)磁路計(jì)算來(lái)選擇。磁鋼外徑≈0.024~0.072時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁體內(nèi)徑/外徑=0.85~0.9之間佳

1.5電樞沖片的設(shè)計(jì)

1.5.1電樞槽書的確定

在永磁無(wú)刷直流電機(jī)中，采用較多的槽數(shù)可減少線圈匝數(shù)，也有利于換向，但槽絕緣增加，槽利用率降低，可能造成根部過(guò)窄。槽數(shù)Q通常按以下經(jīng)驗(yàn)公司確定，其中Dα為電樞直徑：

1.5.2電樞的結(jié)構(gòu)

外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)的長(zhǎng)徑比的選擇對(duì)電機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。主要因素包括參數(shù)、溫升、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、耗銅量和轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度等。短軸長(zhǎng)徑的電樞結(jié)構(gòu)，比細(xì)長(zhǎng)性的結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)更容易下線，有利于提供生產(chǎn)效率。同時(shí) ，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，能避免因電機(jī)的轉(zhuǎn)矩強(qiáng)迫振蕩頻率與電機(jī)的固有頻率接近而產(chǎn)生共振，還可以限制負(fù)載時(shí)功率震動(dòng)的幅值。因此，本文設(shè)計(jì)的三相永磁無(wú)刷直流電機(jī)采用短軸長(zhǎng)徑的電樞結(jié)構(gòu)。

2.設(shè)計(jì)流程

外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)流程包括主要尺寸的確定、長(zhǎng)徑比的確定、永磁體的形狀選擇、軛高和齒寬的計(jì)算等。通過(guò)對(duì)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算、校驗(yàn)，確定電機(jī)各個(gè)部分的尺寸分析。
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