陳世元 馮臣

摘 要： 針對(duì)少槽永磁直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行了分析和研究。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套的關(guān)于主要尺寸、電樞尺寸、磁極尺寸、機(jī)殼尺寸、繞組尺寸以及換向器尺寸的確定方法及步驟，可供工程技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞： 永磁直流電動(dòng)機(jī)； 少槽電樞； 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)； 尺寸確定； 設(shè)計(jì)步驟

中圖分類號(hào)： TM 302 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1671-2153（2016）05-0105-04

0 引 言

少槽永磁直流電動(dòng)機(jī)一般都是屬于微型電機(jī)。因?yàn)榭臻g小，采用電勵(lì)磁比較困難，槽數(shù)也不宜取得過多。因此運(yùn)行性能與普通永磁直流電動(dòng)機(jī)相比，性能稍差。一般應(yīng)用在家用電器、電動(dòng)玩具、汽車制造等行業(yè)。結(jié)構(gòu)尺寸具有一定的特點(diǎn)。本文則以用于汽車座椅上的永磁直流電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行分析。論述一下少槽永磁直流電動(dòng)機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)方法，總結(jié)一套尺寸確定的步驟。

1 主要尺寸的確定

與普通電機(jī)一樣，主要尺寸主要指電樞的直徑Da和鐵心長(zhǎng)度la。本文則指轉(zhuǎn)子鐵心的直徑和長(zhǎng)度。根據(jù)主要尺寸關(guān)系式[1]

可計(jì)算出電機(jī)常數(shù)CA。式中，計(jì)算極弧系數(shù)可取ap′=0.6～0.75；電負(fù)荷可取A=30～100 A/cm；磁負(fù)荷可取Bδ=0.6～0.8 T。性能要求較高的電機(jī)電磁負(fù)荷取較低值，性能要求不高的電機(jī)取較高值，對(duì)于短時(shí)定額的電機(jī)可適當(dāng)超出上限值。電機(jī)常數(shù)CA顯示了產(chǎn)生單位電磁轉(zhuǎn)矩所需要的體積（或有效材料）。

3 機(jī)殼尺寸的確定

永磁電機(jī)一般采用鋼板拉伸而成的機(jī)殼。由于機(jī)殼是磁路的一部分，在選擇厚度時(shí)要考慮其中磁密Bs不應(yīng)太高，一般取Bs=1.5～1.8 T。由于機(jī)殼磁路中沒有鐵心損耗，Bs可以選偏高值。根據(jù)分析[1]，機(jī)殼厚度為

如果機(jī)殼外徑Ds大于或小于用戶規(guī)定的空間，則取用戶規(guī)定的空間尺寸作為外徑，反向推算出電樞直徑，電樞鐵心長(zhǎng)度可加長(zhǎng)或縮短，維持電機(jī)常數(shù)CA的基本不變。

4 電樞沖片尺寸的確定

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，小功率永磁直流電機(jī)的槽數(shù)一般取Q=3～7。為了減少由電樞齒產(chǎn)生的主磁通脈動(dòng)和定位力矩，通常選取奇數(shù)；為了滿足機(jī)械強(qiáng)度，齒距t應(yīng)大于1.5 cm；為了易于散熱，每槽的總電流值Is=At應(yīng)小于1500 A；此外還應(yīng)符合繞組的繞制規(guī)則和對(duì)稱條件。

沖片尺寸的確定主要是確定槽形尺寸，小功率永磁直流電機(jī)一般采用梨形槽，但是也有其獨(dú)特之處。一般以確定齒的尺寸為主。其步驟如下：

1） 電樞內(nèi)徑。電樞內(nèi)徑Di，一般應(yīng)與轉(zhuǎn)軸的外徑相配合，轉(zhuǎn)軸的外徑應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

2） 計(jì)算齒距。齒距體現(xiàn)了一個(gè)槽和一個(gè)齒所占的空間，設(shè)計(jì)槽形尺寸之前必須首先計(jì)算。齒距為

6） 確定槽口尺寸。槽口寬b0=0.2～0.3cm，在保證下線和機(jī)械加工方便的條件下，應(yīng)盡量小。

槽口高h(yuǎn)0=0.08～0.2cm，主要從機(jī)械強(qiáng)度和沖模壽命兩方面考慮，不能太小。

槽口根據(jù)工藝需要適當(dāng)?shù)菇?，一般r0=h0/2。

7） 確定槽頂線與槽頂園半徑。小功率永磁直流電機(jī)一般在槽口下邊點(diǎn)與齒中心線畫出一條直線，稱為槽頂線。槽頂線與齒中心線的夾角一般取α=80°～100°。槽頂線與齒邊線以適當(dāng)?shù)膱@弧相連接，如圖1所示。

5 電樞繞組尺寸的確定

1） 繞組形式的選擇。小功率永磁直流電機(jī)的電樞繞組一般采用單疊和單波形式。對(duì)于2極電機(jī)區(qū)別不大，多極電機(jī)則功率大的采用單疊，功率小的采用單波。因?yàn)閱尾ǖ闹窋?shù)少。

2） 導(dǎo)體數(shù)的確定

其中，IN為額定電樞電流值；電樞電流密度值一般取J2=5～13 A/mm2，對(duì)于短時(shí)定額的電機(jī)可取上限值，或適當(dāng)超出上限值。

可根據(jù)圓導(dǎo)線的面積與直徑的關(guān)系和產(chǎn)品規(guī)格確定線規(guī)，如果線規(guī)太粗可考慮多根并繞，小功率永磁直流電機(jī)的并繞根數(shù)一般為Nt=1。

6 槽滿率的核算

槽滿率的一般核算方法是以槽的總面積減去槽絕緣所占的面積作為槽有效面積，槽內(nèi)總導(dǎo)體所占面積除以槽有效面積得槽滿率。小功率永磁直流電機(jī)的槽滿率一般低于60%。

槽的總面積一般都計(jì)算槽的實(shí)際面積，但對(duì)于本文的情況，以一個(gè)齒距所占的面積減去齒的面積計(jì)算可能更方便。

槽滿率的具體計(jì)算方法，許多文獻(xiàn)都有介紹，本文不再敘述。

7 電刷尺寸的確定

小功率永磁直流電機(jī)的電刷具有如下特點(diǎn)：

1） 一般采用電阻系數(shù)和接觸壓降較低的銅石墨電刷。

2） 一般不采用全額電刷，導(dǎo)電截面積一般為

換向器的相鄰換向片之間的電壓不能太高，否則會(huì)引起電位差火花及環(huán)火。片間的最高電壓UKmax正比于電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的氣隙最大磁通密度，這個(gè)氣隙最大磁通密度和電樞的電負(fù)荷、氣隙的長(zhǎng)度以及電樞齒、磁極的飽和程度有關(guān)，所以片間的最高電壓不宜精確算出。故往往用片間的平均電壓UKav來推測(cè)UKmax。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，一般的為UKav<17v；當(dāng)不符合要求時(shí)應(yīng)適增加換向片數(shù)。

9 結(jié) 論

本文通過計(jì)算與分析，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套少槽永磁直流電動(dòng)機(jī)的尺寸確定方法及步驟，可供工程技術(shù)人員參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 上海工業(yè)大學(xué)，上海直流電機(jī)廠. 直流電機(jī)的設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983：26-37.

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[3] 唐任遠(yuǎn). 現(xiàn)代永磁電機(jī)—理論與設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997：2-3.

[4] 陳世坤. 電機(jī)設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983：26-37.

Abstract： In this paper， the permanent magnet DC motor with minority slot areanalysised and researched. According to design experience， a set of determination method and step are induced about the dimension of armature， poles， shell， winding and commutator. Those method can be referred by engineers and technicians.

Keywords： PMDC motor； minority slot armature； special structure； dimensiondetermination； design step

（責(zé)任編輯：徐興華）