永磁直流電機主要尺寸的目標設計法

邱國平  (常州電機電器總廠)

    【摘  要】介紹永磁直流電機的目標設計方法，在確定主要尺寸時考慮了滿足機械特性和槽滿率的要求，避免了反復試算，比較方便，不失為一種有實用價值的方法。

    【敘  詞】永磁電機直流電動機／主要尺寸／目標設計法

1永磁直流電機機械特性曲線分析

    永磁電動機的性能可用機械特性曲線表示，見圖1，而額定工作點僅是機械特性曲線上某一個點而已。現在的設計程序中大多數僅是提出額定工作點作為設計指標，加工生產的電機考核和判別僅是額定點而已。但是，設計的電機僅能達到額定點是不夠的，設計目標應該是電機性能應符合電機所要求的機械特性曲線。 

    機械特性曲線丁一雅理論上是一條直線，一條直線由2個點就可確定，可以認為t_n和t_d2點確定了t-d這條直線。

式中t_d——堵轉力矩

    t_o——空載力矩

    k_t——力矩常數

    r——電機轉子電阻

    u——電樞端電壓

    從式(1)、(2)中知，電樞電阻r決定了t_d，即電樞電阻r是決定電機機械特性丁一靠曲線的重要參數之一。因此在設計電機時應該首先考慮到電樞電阻大小，而不僅僅作為求取額定點電勢e時的參考而已。

2電機主要尺寸的關系

  要使電樞電阻r達到符合整個要求的電機機械特性，即：

式中q_cu——導線截面積

    d——電樞直徑

    n——繞組總導體數

    a——并聯支路對數

    l——電樞計算長度

式中p——極對數

    b_δ——氣隙磁密

    α_i——極弧系數

    事實上，鐵氧體磁鋼考慮到等效氣隙長、齒磁密，在不飽和時：

式中j--電流密度

    例：電機24v(dc)，in=0．72a，br=0．38t，α_i=o．72，t_d=o．1836nm，j=6．57

a／mm。

    則：k=0．993

     因此時，即d≥1cm時，電機才有可能達到設計目標常數中各目標參數的要求。

    利用式(10)求d_2l，d_l極值。

    d_2l可以代表電機電樞體積，d_l可以代表電機磁通。

    因此在設計考慮時，要求體積最小，則用求取d，l；如果要求磁通最小，則用求取d，l。

3永磁直流電機槽利用率與線負荷的關系

  上述僅考慮到電機電性能和磁性能而導出的關系。因為電樞沖片d的大小還與生聲工藝(如繞嵌線形式、轉子絕緣等級、形式等)有關系，因此設計時必須把轉子槽滿率作為電機主要尺寸的重要目標參數。

    在一般設計程序中，槽滿率s_f為：