無槽永磁無刷電動機設計研究
魏靜微1，張宏宇2
(1哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院，哈爾濱150040；2黑龍江大學，哈爾濱150086)
摘要：在永磁無刷電動機的工作原理和結構特點基礎上，分析了無槽永磁無刷電動機的結構及工藝的特殊性；采用等效磁路法對250 w典型樣機進行了電磁設計及結構設計，進行了樣機試制；通過對試制樣機的測試，得出該電機的實驗數據及特性曲線，經過與理論設計值比較，驗證理論分析的正確性。
關鍵詞：無槽；永磁電機；永磁無刷電動機
中圖分類號：tm351；tm36 +1 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)02-0009-03
0引言
無槽永磁無刷電動機是近年來產生并得到發展的一種新型電機，把無槽結構引入永磁無刷電動機就是為了****程度的利用稀土永磁材料的高性能，從而得到高性能無刷永碰電動機的特殊性能并配以優良的驅動系統使其成為理想的伺服執行元件。特別適用于家用電器、辦公設備、醫療器械等要求低噪聲的場合，成為一代很有發展前景的無刷電動機品種，引起相當大的關注，國內的文獻也有一些反映。
無槽永磁無刷電動機是為軍事需要而誕生的，隨著電子技術和永磁材料的不斷發展，如今已在民用事業中嶄露頭角，從文獻[2]中可以看出，產品的功率范圍為5 w~22 kw，電流范圍l a120 a，電壓范圍12 v—480v，機座號范圍吊34~360，足以和傳統永磁無刷電動機現有產品范圍相提并論，其應用領域遍及各行各業。
本文在分析無槽永磁無刷電動機結構、電磁設計及制造工藝特點的基礎上，同時設計與制造了樣機，通過樣機實驗數據測試及實驗曲線繪制，進一步證明了該種電機的優異特性。
l結構特點
無槽永磁無刷電動機是永磁無刷電動機改良發展而派生的一種新型特種電機，其結構特點在于電樞鐵心上設有齒和槽，用漆包線在鐵心表面編織成繞組，并用膠將它固化、粘牢，故稱“表面繞組”，因此，這種電機的氣隙比普通永磁無刷電動機大得多。為了產生足夠的氣隙磁密，要求永磁體必須有大的剩磁、矯頑力和磁能積，近隼來迅速發展的釹鐵硼永磁材料完全能滿足這種要求。
無槽永磁無刷電動機根據用途不同，電機可以做成徑向磁場，即圓柱式電機，也可以做成軸向磁場，即圓盤式電機。有電樞，永磁轉子，控制與驅動電路等三部分：
1)電樞部分圓柱式電機的電樞鐵心為圓環形結構，由硅鋼片沖制而成，圓環沖成后迭壓在一起焊成整體結構。電樞繞組由自粘性電磁線或普通電磁線繞制而成，繞制后排列成型放在專用工具加熱自粘成型或浸膠壓制成型。為了使繞組壓制過程中不致破壓，常常在繞組內外圓放一較薄絕緣套筒，并將它與電樞壓在一起。
圓盤式電機的電樞鐵心也為一圓環形結構，但硅鋼片不需沖制，只要把硅鋼片裁成條料卷成圓環即可，這種鐵心不但制造簡單，而且也節約材料。電樞繞組則需繞成扇形，繞成后直接壓在電樞鐵心上，其工藝與圓柱式電機相同，如果電機功率不大時，電樞繞組也可采用印刷電路。
2)永磁轉子 由于該種電機電氣氣隙較大，因而磁鋼體積也較大，高速時離心力也較大，有時離心力可能超過粘膠的剝離強度。為了使轉子磁鋼在高速運轉時不致甩出。常常要在轉子表面加不導磁的不銹鋼圈進行加固，而且要有一定的預應力。
3)控制與驅動電路無槽永磁無利電動機的控制與驅動電路可以采用與無刷直流電動機相同的電路。根據供電電源及要求不同而采用不同的驅動與控制形式。
2電磁設計
電磁設計最關鍵的問題是電磁負荷的選擇，對于不同的性能要求和使用場合，電磁負荷選擇不同。由于該電機電氣氣隙較大，我們可以選擇較大的電負荷91度這樣，電樞繞組的直流電阻就會較小，對驅動系統電流環控制比較容易，且電機的溫升也比較容易控制。
磁負荷選擇考慮到該種電機氣隙大，永磁材料應采用強磁材料，如ndfeb等材料，而氣隙長度應考慮在電樞繞組能合理布置前提下盡可能小。一般情況下，電氣氣隙在4 mm～8 mm。
當磁性材料與磁路結構初步確定后，可按下述步驟計算：
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