空调器用盘式电机的计算机模拟
郭庆吉 刘晓胜
曹玉和 刘桂芝 （哈尔滨工业大学)
【摘 要】介绍线绕盘式永磁直流电动机的结构特点、设计原则和有关的主要设计公式，并进行电机的计算机模拟。模拟运行结果与样机实测数据基本相符。
【叙 词】空气调节器／盘式电机计算机模拟
1引言
线绕盘式永磁直流电动机自1971年问世以来，由于原材料性能和加工工艺水平的不断提高，近几年得到迅速发展，其应用范围越来越广。因为它具有损耗小、外型扁平、动态响应好、力矩波动小，可频繁起动和制动等优点，被广泛用于汽车空调、机器人、计算机外设、办公室自动化和电动自行车等场合。为了实现产品的快速更新设计，编制了该电机的计算机辅助设计及模拟运行程序，适用于钕铁硼或铁氧体材料的轴向磁场的电机设计。实践证明，该程序具有精度高、速度快、功能全和使用方便等特点。程序使用FOR-TRAN-77语言编写，并在IBM-PC286微机上调试成功。
2线绕盘式电机的结构特点
线绕盘式永磁直流电动机是电枢半径大于电枢轴向长度的一种特殊电机。定子为永磁磁钢，由枢为无铁心的薄圆盘，有效气隙磁场沿轴向分布。整体结构如图1所示，主要包括盘式电枢（包括换向器和转轴）、磁钢和导磁环筹。可见，盘式电机结构有如下特点：
a．轴向磁路结构，可采用环形磁钢，也可用扇形磁钢，铁氧体常采用环形磁钢，钕铁硼采用扇形。
b．具有双向气隙，小型电机电枢中均未填磁粉，实际气隙长度比普通电机要大。因此，为提高材料的利用率，在生产工艺可能的情况下，尽可能减少气隙长度。
c．轴向扁平，没有齿槽结构，磁路比较简单，完全可以用以路代场的方法进行分析和设计。
d．在一般小型电机设计中，常取较低的电负荷，较高的磁负荷，一般气隙磁密大于Br/2.然而，在该电机中，电机气隙较大，实际气隙磁密Bor/2。因此，电机****选用高性能的钕铁硼材料。
3 线绕盘式电机的主要设计公式
3.1电机主要尺寸的选取
3.2永磁体高度的确定
磁钢高度的选择主要从****利用磁能的角度考虑。根据全电流定律，磁钢压降应等于外磁路磁压降之和。即：
外磁路的总磁势在忽略定子轭部磁压降的情况下为：
3.3动态工作点的确定
对于钕铁硼永磁材料，去磁曲线基本上是一条直线。对于铁氧体，去磁曲线在正常范围内也是一条直线。故采用直线方程表示去磁曲线可满足工程要求。根据下列关系式，可求得静态工作点，如图2A点所示。
负载情况下，应考虑电枢退磁反应的影响，类似式(10)，可导出动态工作点A’。
3. 4线绕盘式电机电枢感应电势的确定
假定Bδ沿径向均匀分布，在以D1到D2之间取任意半径x，增量为d的单元圆环，如图3所示，对于径向长度为dx的一根导体，从位置I到Ⅱ时，dx长导体扫过(xdθ)dx面积，切割的磁通为dφ=B8xdOdx，各条支路的空载总感应电势为：
4软件设计思想和方法
4.1程序模块化
为了程序易于修改、展和尽可能的接近工程化，编制程序时充分利用了Fortron77模块结构化的特点，使各块之间相对独立，有利于程序的进一步开发，其结构框图如图4所示。
4.2操作方便
考虑到使用者的方便性，程序采用对话式，程序全部采用中文提示，并自动提拱了必要的参考数据，以提高输入速度。程序执行过程中给出相应的计算结果。
4.3易于修改
考虑工程对电机设计要求的不断提高，程序编制时为其进一步扩展和修改提供可能，例如，如果想要对磁扬进行比较准确的计算，可以用有限元（或边界元等）方法计算磁路的子程序代替原程序中磁路计算子程序。
5结语
程序经过反复调试验证，对汽车空调器用盘式永磁电机进行设计应用，并对样机进行了测试，测试条件按汽车电器标准进行。附表列出了50W、12V电机的计算值与实测值的比较。可见，性能指标基本达到要求。
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