1;设计(shèjì)技术要求与典型设计(shèjì)过程;;;;典型的设计(shèjì)流程;;;若干设计要素(yàosù)的选择;1.相数的选择(xuǎnzé);工作(gōngzuò)方式的选择;电机(diànjī)本体结构形式的选择;(1)径向磁路(cílù)和轴向磁路(cílù)结构;(2)外转子(zhuànzǐ)和内转子(zhuànzǐ)结构;;图6-1外径相同电机内转子和外转子结构的气隙直径(zhíjìng)比较;;(3)有槽和无槽结构(jiégòu);;4.绕组(ràozǔ)层数的选择
绕组(ràozǔ)层数的选择主要取决于应用。表6-1比较了单层和双层集中绕组(ràozǔ)的某些特征。;;5.极数、槽数的选择(xuǎnzé);;如果选择较多的p,则能够有更多的Z/(2p)组合可以选择,有更多优选机会,可得到较低的齿槽转矩、较高的绕组系数。选择较多的槽数Z,集中绕组线圈端部尺寸较小,绕组电阻有可能降低。此外,通常随极数的增加,每极安匝数成反比地下降,因此绕组电感将减少(jiǎnshǎo)。较低的电感使电机有更接近线性的输出特性。而且定子和转子的磁轭厚度与极对数p成反比,采用较多的极数有利扩大槽面积,线圈端部较短,可提高电机性能。对于一个给定的电负荷和磁负荷的永磁无刷电机设计,极数增加使整个电机外径可以减少(jiǎnshǎo)。但是,较多的极数使磁极间漏磁增加,减低永磁体的利用率;在同样转速下,极数越多,电机铁心磁场交变频率越大,铁损耗增大,同时,驱动器开关频率上升,开关损耗增大,总体效率可能下降。所以,极数选择是一个关键,需要做多方案对比、分析计算后确定。;一般而言,极数多的永磁电机有效材料重量降低。事实上,在需要产生同样额定转矩时,具有大极数的电机磁路较短。假设电机空载气隙磁通密度相同,一极下的磁通量与极数成反比。较高的极数使磁通量较低,定子和转子铁心轭部厚度可以较薄,也不会引起高饱和。所谓有效材料重量是指参与产生转矩的零部件重量,即定子和转子铁心、永磁体和绕组铜的重量。图6-2显示了一台4.5kW低速50r/min电机在所有的设计有同样铜损耗前提条件下,不同极数设计方案的有效材料重量和铁心损耗比较。可以看出,随着极数增加,最初有效材料重量下降很快,以后就不明显了。虽然频率随着极数增加而增加,但由于铁心材料用量也减小,铁损耗的增加是有限(yǒuxiàn)的。虚线显示如果该电机铁心重量保持不变时的铁损耗变化情况。这种情况下,铁损耗增加反而更为明显。这个例子提示,有时适当减小铁心尺寸是降低铁损耗的一个有效途径。;;设计一个工作(gōngzuò)转速4000r/min、集中绕组无刷直流电机,对极数和槽数选择分析的例子;对于转速为4000r/min，几个(jǐɡè)可能选择的极数2p和对应的工作频率f;;Z/2p组合的选择:在上述几个(jǐɡè)可能选择的极数下,能够构成集中绕组的槽极数组合有表示的几种。;结论(jiélùn):宜选择9槽6极或12槽8极方案。;6.整数(zhěngshù)槽绕组和分数槽绕组的选择;某台电机的几种设计方案的有效材料(cáiliào)重量比较;图可见,分布式绕组(q=1)比集中绕组电机重了许多。这是由于集中绕组设计的齿数少,槽和齿都可以更宽;此外,绕组端部短使电阻低,所以在规定铜损耗下,电机电负荷A可取得较高。此外,允许选用较厚永磁体,气隙磁通密度可取较高也不致齿部饱和。即使基波(jībō)绕组系数稍低。集中绕组电机还是比整数槽电机更短更轻。另外的好处是转矩波动从分布绕组的10%减少到集中绕组的3%。图中还显示,在这个例子中,三种集中绕组槽极数组合中,q=2/5和2/7的有效材料重量与q=3/8和3/10,q=5/14和5/16的相比,要稍重一些。;7.转子永磁体结构(jiégòu)的选择;8.气隙长度(chángdù)的选择;而气隙越大,产生一定的气隙磁通密度需要的永磁材料越多,增加了永磁材料成本。而且因为等效气隙等于气隙与磁钢厚度之和δe+hm/μr,而使等效气隙加大。因此,增大气隙的结果减少了电机的电感。电机弱磁控制范围主要取决于电感,电感的减少使弱磁控制范围减少。对于有弱磁控制要求的电机,气隙应设计得尽可能小,这样所需的磁铁材料可以降低(jiàngdī),电机的电感可以增大,让弱磁控制范围尽可能扩展。
相对于感应电机,永磁电机的气隙长度δ可以更自由选择,一般气隙长度δ选在0.5～3mm范围内,它包括用于固紧和保护磁铁的护套层或缠绕层厚度在内。而在感应电机气隙要小许多,为的是限制磁化电流和改善功率因数。;9.永磁体厚度(hòudù)的选择;定子(dìngzǐ)裂比的选择;;关于(guānyú)定子裂比选择的讨论：;2)当取极数较多,或分数槽集