永磁同步電機(jī)之關(guān)于軸向磁場(chǎng)盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)

    軸向磁場(chǎng)盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)是指磁場(chǎng)方向與電機(jī)轉(zhuǎn)軸方向平行，電機(jī)呈盤(pán)式結(jié)構(gòu)的永磁直流電動(dòng)機(jī)（一般稱盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)）。這種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、性能良好而受到重視。

5 . 1軸向磁場(chǎng)盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

5 . 1 . 1磁極結(jié)構(gòu)

盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)（Disk Permanent Magnet DC Motor）外形呈扁平狀盤(pán)式結(jié)構(gòu)，如圖5一1所示。電機(jī)外殼一般用鋼板壓制，永磁體按N 、 S極交替排列，固定在一側(cè)端蓋或兩側(cè)端蓋上，永磁體固定在一側(cè)端蓋上構(gòu)成單邊磁場(chǎng)，永磁體固定在兩側(cè)端蓋上構(gòu)成雙邊磁場(chǎng)。永磁體按軸向磁化，因而氣隙中產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)。

    磁極一般作成扇形，可以用鐵氧體永磁材料，也可以用欽鐵硼永磁材料，按N 、 S極交替排列如圖52所示。在盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)中建議優(yōu)先采用錢鐵硼永磁材料，這樣不但可以使電動(dòng)機(jī)體積小，而且給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。

5 . 1 . 2電樞繞組結(jié)構(gòu)

盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)的電樞，通常無(wú)鐵心，只有導(dǎo)體做成電樞繞組，一般做成印制繞組，如電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，還可以制多層印制繞組，然后再并接在一起，也可以用電磁線繞成扇形繞組，繞組排列成圓形結(jié)構(gòu)。繞組繞制完成后，再用環(huán)氧樹(shù)脂壓制完成，套在轉(zhuǎn)軸上，繞組連接線與換向器焊接而成。

5 . 1 . 3總體結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

    由于盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)采用徑向磁場(chǎng)，又無(wú)鐵心及齒槽結(jié)構(gòu)，不存在圓柱式結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)由于齒槽結(jié)構(gòu)引起的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，同時(shí)電動(dòng)機(jī)又不存在磁滯和渦流損耗，因而電動(dòng)機(jī)效率較高；由于電動(dòng)機(jī)采用氣隙徑向分布，因而繞組布置方便，可以選取較高的每極匝數(shù)，且電樞繞組電抗小，具有較好的換向性能；轉(zhuǎn)動(dòng)部分無(wú)鐵心，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，因而具有較好的快速反應(yīng)，特別是用于頻繁起動(dòng)和制動(dòng)的場(chǎng)合。另外電樞氣隙長(zhǎng)度比較大，有利于電動(dòng)機(jī)繞組散熱，電動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷選擇的比較大，因而電動(dòng)機(jī)的有效尺寸相對(duì)較小。目前這種結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于錄像機(jī)、辦公自動(dòng)化器具、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、家用電器及電動(dòng)自行車的傳動(dòng)系統(tǒng)中。

由于盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)軸向尺寸大，因而要求電動(dòng)機(jī)有嚴(yán)格的軸向配合，如果定轉(zhuǎn)子軸向不對(duì)稱，就容易產(chǎn)生單邊磁拉力，這樣特別容易造成電樞變形而影響電動(dòng)機(jī)的性能，甚至造成電動(dòng)機(jī)無(wú)法運(yùn)行。為了使盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)能很好運(yùn)行，常常把電動(dòng)機(jī)氣隙設(shè)計(jì)的比較大，這樣鐵氧體永磁材料必須把永磁體的充磁方向長(zhǎng)度加大。如果應(yīng)用欽鐵硼永磁材料時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就比較容易解決。解決單邊磁拉力的一種方法就是采用雙邊磁場(chǎng)，但這樣會(huì)使盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)的制造工時(shí)增加。

5 . 2軸向磁場(chǎng)盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)的空載氣隙磁場(chǎng)

由于盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因而電樞反應(yīng)比較弱，一般可不考慮電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)，這時(shí)空載氣隙磁場(chǎng)的分析非常重要。

5 . 2 . 1主磁路計(jì)算及空載工作點(diǎn)確定

盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)分析比較復(fù)雜，僅主磁路就有兩條磁路閉合，一條磁路通過(guò)氣隙從N極出發(fā)，經(jīng)過(guò)氣隙、磁扼，再經(jīng)過(guò)氣隙達(dá)到S極，經(jīng)磁扼返回N極；另一條磁路經(jīng)過(guò)氣隙、磁扼和端蓋閉合。由于永磁體磁路分布的特殊性，不同半徑的磁路長(zhǎng)度也不相同，因而增加了磁路計(jì)算的復(fù)雜性。但由于盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度較長(zhǎng)，而主磁路不飽和，工程上常常取平均直徑處如圖5一3的磁路作為盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)的總磁路進(jìn)行計(jì)算。假定磁路不飽和，鐵心中磁位降忽略，并忽略電樞反應(yīng)，則。

5 . 2 . 2二維場(chǎng)分析

利用二維磁場(chǎng)有限元分析，不但能分析出磁通分布及磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，而且還可以求得空載漏磁系數(shù)和磁感應(yīng)強(qiáng)度分布系數(shù)。如對(duì)圖54所示的區(qū)域進(jìn)行二維靜磁場(chǎng)有限元計(jì)算，得到單邊磁場(chǎng)和雙邊磁場(chǎng)的周向分布和軸向分布圖（見(jiàn)圖5一5）和磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖（見(jiàn)圖5一6）。 l沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)對(duì)不同氣隙尺寸和不同永磁體長(zhǎng)度h 。的盤(pán)式永磁電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了大量計(jì)算并給出了如圖5一7和圖5一8的曲線。