永磁直流电机主要尺寸的目标设计法

邱国平  (常州电机电器总厂)

    【摘  要】介绍永磁直流电机的目标设计方法，在确定主要尺寸时考虑了满足机械特性和槽满率的要求，避免了反复试算，比较方便，不失为一种有实用价值的方法。

    【叙  词】永磁电机直流电动机／主要尺寸／目标设计法

1永磁直流电机机械特性曲线分析

    永磁电动机的性能可用机械特性曲线表示，见图1，而额定工作点仅是机械特性曲线上某一个点而已。现在的设计程序中大多数仅是提出额定工作点作为设计指标，加工生产的电机考核和判别仅是额定点而已。但是，设计的电机仅能达到额定点是不够的，设计目标应该是电机性能应符合电机所要求的机械特性曲线。 

    机械特性曲线丁一雅理论上是一条直线，一条直线由2个点就可确定，可以认为t_n和t_d2点确定了t-d这条直线。

式中t_d——堵转力矩

    t_o——空载力矩

    k_t——力矩常数

    r——电机转子电阻

    u——电枢端电压

    从式(1)、(2)中知，电枢电阻r决定了t_d，即电枢电阻r是决定电机机械特性丁一靠曲线的重要参数之一。因此在设计电机时应该首先考虑到电枢电阻大小，而不仅仅作为求取额定点电势e时的参考而已。

2电机主要尺寸的关系

  要使电枢电阻r达到符合整个要求的电机机械特性，即：

式中q_cu——导线截面积

    d——电枢直径

    n——绕组总导体数

    a——并联支路对数

    l——电枢计算长度

式中p——极对数

    b_δ——气隙磁密

    α_i——极弧系数

    事实上，铁氧体磁钢考虑到等效气隙长、齿磁密，在不饱和时：

式中j--电流密度

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

a／mm。

    则：k=0．993

     因此时，即d≥1cm时，电机才有可能达到设计目标常数中各目标参数的要求。

    利用式(10)求d_2l，d_l极值。

    d_2l可以代表电机电枢体积，d_l可以代表电机磁通。

    因此在设计考虑时，要求体积最小，则用求取d，l；如果要求磁通最小，则用求取d，l。

3永磁直流电机槽利用率与线负荷的关系

  上述仅考虑到电机电性能和磁性能而导出的关系。因为电枢冲片d的大小还与生声工艺(如绕嵌线形式、转子绝缘等级、形式等)有关系，因此设计时必须把转子槽满率作为电机主要尺寸的重要目标参数。

    在一般设计程序中，槽满率s_f为：