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如何设计电机矽钢片几何尺寸,有什么参数要考虑?
来源: | 作者:industrial-105 | 发布时间: 1634天前 | 8423 次浏览 | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ | 分享到:

电机设计基本上包含三要素:磁能设计、磁路设计及输入电能设计三部分,以较为简单的永磁电机来举例说明,磁能设计就是磁铁规格的选定及配置安装设计;输入电能设计则为选定漆包线径与圈数等规格;磁路设计则是挑选导磁材料特性与尺寸规格部分。
电机的能力规格就取决于此三要素,其中影响最大的往往是磁路设计,一旦导磁材料尺寸设计完成,则电机的最大输出能力就已经确定,即便再将磁铁或电能加强,都无法有效的获得输出能力。

导磁材料的影响为何如此重要磁力线由电机转子上的磁铁部分产生,经由导磁材料的传导至定子部分,与定子上的电能线圈進行正交作用产生转矩,为电机转动力量的来源。但导磁材料能容许的磁通密度有限,目前能容纳最多的磁力通过的材质即为矽钢片,也是目前电机中最常使用的导磁材料。一旦矽钢片的磁通密度达到饱和状态,多出的磁力会变成到处乱串,无法有效流经定子与电能线圈产生转矩应用,视为漏磁通。

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电机內部磁路示意图


在导磁材料已选定之情況下,则单位面积可容纳的最大磁通密度已确定,剩下的就是相关尺寸的设计,也就是电机设计中最常讨论的矽钢片尺寸设计。若在內外径尺寸已确定之情況下,其主要工作包括三方向,第一就是在最小的面积內达到最大磁通密度的传导;第二则是避免漏磁通的产生;第三则是于不影响磁通需求下,增加槽面积,以容纳更多的电能导体使用。如何设计转子的几何尺寸电机定子矽钢片作为解说各部位的设计要点,约略分为三部分,分別为齿部、轭部、靴部,最佳化的电机磁路设计,往往会借助软件模拟,方可达到最佳设计需求与效果。

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定子矽钢片各部分示意图


轭部:设计有三项需注意,分別为磁通密度、机械强度及铆合点问题,先由最简单的铆点设计来说,基本上要先考量矽钢片堆叠后的重量来决定铆点数量,过多的铆点数会影响磁力通过及机械强度问題,合理的铆合强度,铆点数越少越好。下图表示铆点的方向最好与磁通方向一致,降低对磁通影响程度。

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铆点方向设计示意图



磁通密度及机械强度都是受到轭部总宽度所影响,越宽则机械强度越好,可避免因矽钢片受磁力影响变形所产生的震动噪音;同时避免磁力过度饱和的情況,达到降低铁損效果。忽略机械强度,仅考虑最小磁通需求宽度之情況下,轭部宽度、齿部宽度及电机槽极配有一基本公式。首先要知道电机的槽极配关系,也就是一极会对应到几齿数量,来决定轭部与齿部的关系式。以下图为例,则左方定子轭部会流经的磁通与单一齿部的一致,则最小轭部需求宽度与齿部同宽即可;右方例子中,轭部最密集处会流经三个齿部的磁通,因此轭部最小宽度应为齿部宽度的三倍,方为合理的关系。