永磁直流有刷电机设计 4.0
- 11 -
宁波高新区南牛电机技术有限公司
宁波高新区芙蓉路 38 弄 22 号商都大厦 914
联系电话:0574-87910951 传真 0574-87908395 公司网站:https://www.motorcad.net
手机:13071986828 QQ 号码:106553993 电子邮件:
liu@MotorCAD.net
liuwqnet@163.com
3.1.2 影响电机转矩的几个基本因素
如前所述,永磁电机的转矩是通电线圈形成了电磁铁,它和磁铁相互作用的结果。那
么,影响电机转矩就有三个方面的因素,一是通电线圈所形成的电磁铁;二是磁铁;三是
电磁铁和磁铁的相互关系,下面分别简单说明。
1.1 电流越大、匝数越多、铁芯的导磁能力越强,电磁铁越强,电机的转矩越大
当电压确定之后,电流越大,则输入功率越大,耗电量越大,因此针对具体电机设计
任务来说,不宜通过加大电流的方法来增加电机转矩,而应该靠合理设计匝数和铁芯的导
磁能力来增加电机转矩,这也是我们设计电机的主要任务。
影响电磁铁转矩的最主要因素是匝数,其他因素如线径、跨距、绕线的具体位置等等
虽然也会影响电机性能,但相比之下,一般来说是次要的因素。线径对温升有明显影响,
线径对转矩有影响但不是关键性的主导因素。
如果永磁电机没有铁芯,则由载流导体和永磁体直接作用产生转矩。如果永磁电机有
铁芯,铁芯可以把载流导体产生的磁收集起来,等效地传到转子外径上,相当于绕组安放
在转子外圆位置的效果,因此铁芯的导磁能力对电机转矩影响也很大。铁芯的导磁能力一
方面取决于材料性能,另外一方面也取决于磁路要有足够的宽度,磁路的长度越短,漏磁
越小,性能越好。因此,在保证槽面积足够安放绕组匝数的前提下,齿越宽齿越短,让绕
组越靠近气隙,电机转矩越大。而齿的宽度和长度的最佳配合,需要用软件的【优化设计
转子】功能自动设计后选择效率最高的方案来确定。
1.2 永磁铁的磁力越强,电机的转矩越大
如果铁芯齿宽不够,永磁体越强电机转矩增大得不多,但还是会略增加的。
1.3 电磁铁和永磁铁的作用面积越大、距离越近,电机的转矩越大
相互作用的面积,在永磁体这边来说是极弧面积,极弧面积越大则电机转矩越大,但
永磁有刷电机由于需要换向,极弧系数(在气隙圆周上的磁极弧长/气隙周长)一般不能
大于 0.8,否则容易造成换向困难。
相互作用的面积,在常用的半闭口槽的转子电磁铁而言,就是转子外圆减去槽口宽的
表面积,因此转子外径越大表面积就越大,电机转矩越大。当然,如果槽口很小且很长导
致漏磁很大(相当于载流导体产生的磁通被屏蔽了一部分,NS 极在自己内部构成了回路,
不对外产生作用了,直接在齿上绕线的集中绕组容易有此类问题),或者槽口很大导致一
部分永磁体磁通不跟铁芯齿产生作用,而是通过槽口直接和绕组产生作用,转矩会减小。
电磁铁和永磁体的距离近,实际上就是气隙小。一般来说,气隙越小,电机转矩越大。
但在生产实际中,由于定转子同心度、定子内径和转子外圆的圆度等问题,气隙不能太小,
否则影响电机的可靠性,并且加大噪音振动。一般场合使用的电机,推荐气隙尺寸值为定
子内径全跳动+转子外径全跳动之和的 5 倍(电机采用表贴式磁瓦,由于胶水厚薄不均,
定子内径跳动占主要部分),这样,气隙宽度最大处为 6,最小处为 4,中间值为 5,气隙
的不均衡比例不超过 20%,能够满足大多数使用场合。对于噪音振动要求严格的电机,气
隙尺寸还可以取大一些。( 影响噪音振动的因素很多,但如果能做到气隙的不均衡比例不
超过 5%,一般噪音振动都会很好。)
注 :产生旋转运动的电机上称为"转矩"的参数,其他运动应表述为"出力"或"力
距"更贴切。转速一致时,转矩越大就是输出功率越大;输出功率一致时,转矩越大就是
转速越低。换个名词来表述事物而已,其本质是完全一致的。