永磁同步電動機—永磁無刷直流電動機的設(shè)計特點

    一、工作方式的確定

永磁無刷直流電動機是集電動機本體、控制器和轉(zhuǎn)子位置傳感器于一體的機電一體化器件，電動機的工作特性是各組成部分共同作用的結(jié)果。要滿足一定的技術(shù)指標(biāo)要求，需從系統(tǒng)的角度出發(fā)確定永磁無刷直流電動機的具體工作方式，主要包括電動機相數(shù)、繞組連接方式、逆變器拓撲結(jié)構(gòu)、繞組通電方式、轉(zhuǎn)子位置檢測方式等。

目前三相永磁無刷直流電動機應(yīng)用最為廣泛。逆變器采用半橋結(jié)構(gòu)的三相三狀態(tài)工作方式時，多用于小功率高速電機；逆變器采用橋式結(jié)構(gòu)的三相六狀態(tài)工作方式時，可應(yīng)用于多種驅(qū)動系統(tǒng)中。由于繞組電動勢非正弦，其中含有大量高次諧波，所以三相繞組多采用星形連接。當(dāng)對電動機體積要求不高、環(huán)境不惡劣時，一般采用位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置，使電動機具有較好的起動特性和抗過載、抗沖擊能力，動態(tài)特性較好。恒轉(zhuǎn)速運行的永磁無刷直流電動機可采用無位置傳感器控制方式，由于無需轉(zhuǎn)子位置傳感器，減小了電機的體積，降低了成本，但起動困難、動態(tài)特性較差。

二、電磁負荷選擇

由于永磁無刷直流電動機的電樞是定子，繞組的散熱條件優(yōu)于直流電動機，故其電負荷選取可適當(dāng)高于直流電動機。磁負荷B 。取決于永磁體與其外部磁路的匹配關(guān)系，同時永磁體的幾何尺寸、性能及其充磁方式對B 。也有較大影響。通常情況下，采用燒結(jié)欽鐵硼永磁時，其氣隙磁密可取0 . 7一0 . 9T；采用粘結(jié)欽鐵硼時，氣隙磁密可取0 . 35一0 . 45T 。

三、極數(shù)和槽數(shù)的確定

當(dāng)轉(zhuǎn)子外徑、鐵心有效長度和氣隙磁密確定后，電機內(nèi)氣隙圓周的磁通量就確定了，如果選用較多的極數(shù)，每極磁通量減小，電機扼部截面積也可以減??；同時繞組端部縮短，用銅量減少，繞組電感減小，有利于繞組電流換向。但極數(shù)選得過多會使轉(zhuǎn)子永磁磁極的極間漏磁通增大，降低永磁體的利用率。在相同轉(zhuǎn)速下，極數(shù)越多，電機鐵心內(nèi)磁場的交變頻率越高，導(dǎo)致電機的鐵耗增大，效率下降。隨電流交變頻率的增大，逆變器開關(guān)的開關(guān)頻率升高，開關(guān)損耗增大，所以極數(shù)增大后電機的綜合效率降低。極數(shù)的確定應(yīng)綜合考慮電機的工作性能和經(jīng)濟性。電機設(shè)計時，可選擇幾種極數(shù)，對電機特性進行計算，綜合比較性能后，確定合適的極數(shù)。電機極數(shù)確定后，可參考電機設(shè)計的原則選定定子槽數(shù)。一般有兩種方案供選擇，即整數(shù)槽結(jié)構(gòu)和分數(shù)槽結(jié)構(gòu)。分數(shù)槽結(jié)構(gòu)可有效減小齒槽轉(zhuǎn)矩，其極槽數(shù)配合種類多種多樣，其中圖7一4 ( a）所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)用較廣泛，分數(shù)槽電機工藝性好，適合大批量生產(chǎn)的小功率電動機，但其永磁體利用率較低。整數(shù)槽結(jié)構(gòu)電機多在功率較大的電動機中采用，其永磁材料利用率較高，但需要采取適當(dāng)措施削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。確定了電機的主要參數(shù)后，可以根據(jù)本章所述的場路藕合電磁設(shè)計方法計算電機的工作特性，將計算結(jié)果與設(shè)計指標(biāo)要求相對比，若不滿足要求，則調(diào)整相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)重新計算，直至滿足設(shè)計要求。