少槽永磁直流電動機的尺寸確定

陳世元 馮臣

摘 要： 針對少槽永磁直流電動機的結構特點，進行了分析和研究。根據設計經驗，總結出一套的關于主要尺寸、電樞尺寸、磁極尺寸、機殼尺寸、繞組尺寸以及換向器尺寸的確定方法及步驟，可供工程技術人員參考。

關鍵詞： 永磁直流電動機； 少槽電樞； 結構特點； 尺寸確定； 設計步驟

中圖分類號： TM 302 文獻標志碼： A 文章編號： 1671-2153（2016）05-0105-04

0 引 言

少槽永磁直流電動機一般都是屬于微型電機。因為空間小，采用電勵磁比較困難，槽數也不宜取得過多。因此運行性能與普通永磁直流電動機相比，性能稍差。一般應用在家用電器、電動玩具、汽車制造等行業。結構尺寸具有一定的特點。本文則以用于汽車座椅上的永磁直流電動機為例進行分析。論述一下少槽永磁直流電動機的獨特設計方法，總結一套尺寸確定的步驟。

1 主要尺寸的確定

與普通電機一樣，主要尺寸主要指電樞的直徑Da和鐵心長度la。本文則指轉子鐵心的直徑和長度。根據主要尺寸關系式[1]

可計算出電機常數CA。式中，計算極弧系數可取ap′=0.6～0.75；電負荷可取A=30～100 A/cm；磁負荷可取Bδ=0.6～0.8 T。性能要求較高的電機電磁負荷取較低值，性能要求不高的電機取較高值，對于短時定額的電機可適當超出上限值。電機常數CA顯示了產生單位電磁轉矩所需要的體積（或有效材料）。

3 機殼尺寸的確定

永磁電機一般采用鋼板拉伸而成的機殼。由于機殼是磁路的一部分，在選擇厚度時要考慮其中磁密Bs不應太高，一般取Bs=1.5～1.8 T。由于機殼磁路中沒有鐵心損耗，Bs可以選偏高值。根據分析[1]，機殼厚度為

如果機殼外徑Ds大于或小于用戶規定的空間，則取用戶規定的空間尺寸作為外徑，反向推算出電樞直徑，電樞鐵心長度可加長或縮短，維持電機常數CA的基本不變。

4 電樞沖片尺寸的確定

根據生產實踐經驗，小功率永磁直流電機的槽數一般取Q=3～7。為了減少由電樞齒產生的主磁通脈動和定位力矩，通常選取奇數；為了滿足機械強度，齒距t應大于1.5 cm；為了易于散熱，每槽的總電流值Is=At應小于1500 A；此外還應符合繞組的繞制規則和對稱條件。

沖片尺寸的確定主要是確定槽形尺寸，小功率永磁直流電機一般采用梨形槽，但是也有其獨特之處。一般以確定齒的尺寸為主。其步驟如下：

1） 電樞內徑。電樞內徑Di，一般應與轉軸的外徑相配合，轉軸的外徑應符合標準尺寸。

2） 計算齒距。齒距體現了一個槽和一個齒所占的空間，設計槽形尺寸之前必須首先計算。齒距為

6） 確定槽口尺寸。槽口寬b0=0.2～0.3cm，在保證下線和機械加工方便的條件下，應盡量小。

槽口高h0=0.08～0.2cm，主要從機械強度和沖模壽命兩方面考慮，不能太小。

槽口根據工藝需要適當倒角，一般r0=h0/2。

7） 確定槽頂線與槽頂園半徑。小功率永磁直流電機一般在槽口下邊點與齒中心線畫出一條直線，稱為槽頂線。槽頂線與齒中心線的夾角一般取α=80°～100°。槽頂線與齒邊線以適當的園弧相連接，如圖1所示。

5 電樞繞組尺寸的確定

1） 繞組形式的選擇。小功率永磁直流電機的電樞繞組一般采用單疊和單波形式。對于2極電機區別不大，多極電機則功率大的采用單疊，功率小的采用單波。因為單波的支路數少。

2） 導體數的確定

其中，IN為額定電樞電流值；電樞電流密度值一般取J2=5～13 A/mm2，對于短時定額的電機可取上限值，或適當超出上限值。

可根據圓導線的面積與直徑的關系和產品規格確定線規，如果線規太粗可考慮多根并繞，小功率永磁直流電機的并繞根數一般為Nt=1。

6 槽滿率的核算

槽滿率的一般核算方法是以槽的總面積減去槽絕緣所占的面積作為槽有效面積，槽內總導體所占面積除以槽有效面積得槽滿率。小功率永磁直流電機的槽滿率一般低于60%。

槽的總面積一般都計算槽的實際面積，但對于本文的情況，以一個齒距所占的面積減去齒的面積計算可能更方便。

槽滿率的具體計算方法，許多文獻都有介紹，本文不再敘述。

7 電刷尺寸的確定

小功率永磁直流電機的電刷具有如下特點：

1） 一般采用電阻系數和接觸壓降較低的銅石墨電刷。

2） 一般不采用全額電刷，導電截面積一般為

換向器的相鄰換向片之間的電壓不能太高，否則會引起電位差火花及環火。片間的最高電壓UKmax正比于電機負載運行時的氣隙最大磁通密度，這個氣隙最大磁通密度和電樞的電負荷、氣隙的長度以及電樞齒、磁極的飽和程度有關，所以片間的最高電壓不宜精確算出。故往往用片間的平均電壓UKav來推測UKmax。根據實際經驗，一般的為UKav<17v；當不符合要求時應適增加換向片數。

9 結 論

本文通過計算與分析，根據實際設計經驗，總結出一套少槽永磁直流電動機的尺寸確定方法及步驟，可供工程技術人員參考。

參考文獻：

[1] 上海工業大學，上海直流電機廠. 直流電機的設計[M]. 北京：機械工業出版社，1983：26-37.

[2] 王秀和. 永磁電機[M]. 北京：中國電力出版社，2007：32-53.

[3] 唐任遠. 現代永磁電機—理論與設計[M]. 北京：機械工業出版社，1997：2-3.

[4] 陳世坤. 電機設計[M]. 北京：機械工業出版社，1983：26-37.

Abstract： In this paper， the permanent magnet DC motor with minority slot areanalysised and researched. According to design experience， a set of determination method and step are induced about the dimension of armature， poles， shell， winding and commutator. Those method can be referred by engineers and technicians.

Keywords： PMDC motor； minority slot armature； special structure； dimensiondetermination； design step

（責任編輯：徐興華）