轴向磁场无铁心无刷永磁盘式电机的设计(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:77

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4 磁极和线圈设计

4．1 极数和磁体间距

当磁体间距与极距呈比例时，较少的极数使极间距离增加，漏磁减少。但是对于一定的电枢导体数，极数少的电机端接部分较长，致使用铜量增加，电枢绕组铜损耗加大，效率降低。因此，为提高效率，对转速较低的轴向磁场无铁心无刷永磁盘式电机采用较多的极数，随着转速的增加可以适当减少极数。需要说明的是，极数增多时，电子器件换向损耗会有所增加，但影响不显著。综合考虑以上因素，设计时一般选为8～14极。

电机极数和磁体尺寸确定后，增大磁体间距有利于减少漏磁，但引起每极磁通量降低，而磁通的降低又会导致匝数和气隙长度的增加。从优化设计角度考虑，选取磁极厚度的1．2～1．8倍较为合适。

4．2 磁极形状和线圈形状设计

轴向磁场永磁盘式电机转子磁极大多采用扇形或圆柱形结构。扇形磁极可以充分利用空间[3]，但不便加工；圆柱形磁极虽加工方便，但空间利用率低。为此，我们希望找到一种磁极形状，既便于加工，又能较充分利用空间。结果表明，图4实线所示的磁极形状基本可以满足这些要求。

相应的线圈形状如图5所示，以满足最薄型盘式电枢设计要求[4]。采用以上结构还具有以下优点：

（1）相对扇形磁极，该磁极形状可以更充分地利用永磁体。为保证电枢绕组在磁极部分双层无重叠，磁极内外径以外部分必须做成弧形，以完全包围磁极并尽量减少用铜量，而这正好与磁极在内外径处的圆弧形状相匹配。

（2）相对于扇形线圈，该线圈结构在外径处无冗余，在内径处重叠相对较少，并可实现双层无交叉均匀叠放。电枢盘加工方便，铜导线利用率高。

采用以上结构的电枢示意图如图6所示。

5 结语

根据分析结果，作者设计了一个轴向磁场无铁心无刷永磁盘式电动机方案（电磁设计方案见表1，磁极尺寸示意图如图7所示），并成功研制了多台样机，获得了令人满意的试验结果。在样机制作中，为了进一步减少漏磁，转子采用铝材制作边墙。线圈由酚醛塑料浇注成型。位置检测采用直接漏磁通方法，即在临近主磁极下的电枢盘上安装位置传感器。实验结果表明，漏磁场的灵敏度是足够的。感谢湖北三环集团亿州微特电机有限公司对样机研制的大力支持和通力合作。

参考文献：
[1] 唐任远．现代永磁电机一理论与设计[M]．北京：机械工业出版社，1997．
[2] 刘晓冬，赵衡兵，陈永俊，等．钕铁硼永磁盘式同步电动机的设计研究[M]．微特电机，1998，（3）：6－7．
[3] 郭芳，励鹤鸣，王正茂，等．三相盘式永磁同步电动机[M]．微特电机，1997，（2）：2－5．
[4] 辜承林．转子无铁心式直流永磁盘式电机的磁场和解析解分析与优化设计[M]．中国电机工程学报，1996，（2）：125-129. (

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