【文章內(nèi)容簡介】 (稀土永磁為mm)的樣品加熱到某一恒定的溫度，長時(shí)間放置(一般取1000h)，然后將樣品冷卻到室溫，其開路磁通不可逆損失小于5％的最高保溫溫度定義為該永磁材料的最高工作溫度,符號為了Tw，單位為K或℃。磁穩(wěn)定性是衡量永磁體品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。永磁體的磁性隨時(shí)間的推移和外界條件(如溫、反磁場、機(jī)械振動與沖擊、與強(qiáng)磁性物質(zhì)接觸等)的作用而變化。在上述各種因素影響下，引起永磁體組織結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)的改變，是造成磁性能變化的微觀原因。組織結(jié)構(gòu)改變引起磁性能改變是與相變引起的晶格結(jié)構(gòu)改變和內(nèi)應(yīng)力降低等因素有關(guān)。這種磁性改變只有通過永磁的組織結(jié)構(gòu)改造，如材料的重復(fù)熱處理，才能使磁性能獲得部分恢復(fù)。磁結(jié)構(gòu)改變引起的磁性能變化，是在使用過程中或外界因素改變時(shí)，永磁體磁疇結(jié)構(gòu)力圖建立新的熱力學(xué)穩(wěn)定平衡而造成的。這種變化有可逆與不可逆兩種?？赡孀兓丛谕饨缫蛩鼗謴?fù)到原始狀態(tài)后，磁性能也隨著恢復(fù)，當(dāng)存在磁滯時(shí)，則為不可逆變化。其磁性能可通過重復(fù)磁化基本上得到恢復(fù)。組織結(jié)構(gòu)的改變，還會引起磁結(jié)構(gòu)的改變，其所導(dǎo)致的磁性能變化，即使通過重重磁化，也不可能完全性復(fù)。 永磁材料的選擇及注意事項(xiàng) 永磁材料的選擇永磁材料的種類多種多樣，性能相差很大，因此在設(shè)計(jì)永磁電機(jī)時(shí)首先要選擇好適宜的永磁材料品種和具體的性能指標(biāo)。歸納起來，選擇的原則為：1)、應(yīng)能保證電機(jī)氣隙中有足夠大的氣隙磁場和規(guī)定的電機(jī)性能指標(biāo)。2)、在規(guī)定的環(huán)境條件、工作溫度和使用條件下應(yīng)能保證磁性能的穩(wěn)定性。3)、有良好的機(jī)械性能，以方便加工和裝配。4)、經(jīng)濟(jì)性要好，價(jià)格適宜。根據(jù)現(xiàn)有永磁材料的性能和電機(jī)的性能要求，一般說來，1)、隨著性能的不斷完善和相對價(jià)格的逐步降低，釹鐵硼永磁在電機(jī)中的應(yīng)用越來越廣泛。不僅在部分應(yīng)用場合有可能取代其他永磁材料，還可能逐步取代部分傳統(tǒng)的電勵磁電機(jī)。2)、對于性能和可靠性要求很高而價(jià)格不是主要因素的場合，優(yōu)先選用高矯頑力的2：17型稀土鈷永磁。1：5型稀土鉆永磁的應(yīng)用場合將有所縮小，主要用于在高溫情況下使用和退磁磁場大的場合。3)、對于性能要求一般，體積質(zhì)量限制不嚴(yán)，價(jià)格是考慮的主要因素，優(yōu)先采用價(jià)格低廉的鐵氧體永磁。4)、在工作溫度超過300℃的場合或?qū)囟确€(wěn)定性要求嚴(yán)的場合，如各種測量儀器用電機(jī)，優(yōu)先采用溫度系數(shù)低的鋁鎳鈷永磁。鋁鎳鈷永磁在永磁材料總量中的比例將逐步下降。5)、在生產(chǎn)批量大且磁極形狀復(fù)雜的場合，優(yōu)先采用粘結(jié)永磁材料。具體選用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行多種方案的性能、工藝、成本的全面分析比較后確定。 應(yīng)用注意事項(xiàng)在應(yīng)用時(shí)除前面提到的以外還應(yīng)注意：1）、本設(shè)計(jì)中的各種永磁材料磁性能，摘自國家標(biāo)準(zhǔn)或工廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的典型數(shù)據(jù)。應(yīng)該指出，永磁材料的實(shí)際磁性能與生產(chǎn)廠的具體制造工藝有關(guān)，其值與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)之間往往存在一定的偏差。同種牌號的永磁材料，不同工廠或同一工廠不同批號之間都會存在一定的磁性能差別。而且，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的性能數(shù)據(jù)是以特定形狀和尺寸的試樣的測試性能為依據(jù)的，對于電機(jī)中實(shí)際采用的永磁體開頭和尺寸，其磁性能與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間也會存在一定的差別。另外，充磁機(jī)的容量大小和充磁方法都會影響永磁體磁化狀態(tài)的均勻性，影響磁性能。因此，為提高電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性，需要向各生產(chǎn)廠家索取該批號的實(shí)際尺寸的永磁體在室溫和工作溫度下的實(shí)測退磁曲線。2）、永磁材料的磁性能除與合金成分和制造工藝有關(guān)外，還與磁場熱處理工藝有關(guān)。經(jīng)過熱處理后，永磁材料的磁性能提高，而且?guī)в蟹较蛐裕槾艌龇较蜃畲?，垂直磁場方向最小，這叫做各向異性。對于沒有經(jīng)過磁場熱處理的永磁材料，磁性能沒有方向性，稱為各向同性。應(yīng)該注意，對于各向異性的永磁體，充磁時(shí)的磁場方向應(yīng)與磁場熱處理時(shí)的磁場方向一致，否則磁性能反而會有所降低。3）、根據(jù)規(guī)定，永磁材料由室溫升到最高工作溫度并保持一定時(shí)間后再冷卻到室溫，其開路磁通允許有不大于5%的不可逆損失。因此為了保證永磁電機(jī)在運(yùn)行過程中性能穩(wěn)定，不發(fā)生明顯的不可逆退磁，在使用前應(yīng)先進(jìn)行穩(wěn)磁處理，其辦法是將充磁后的永磁材料升溫至預(yù)計(jì)最高工作溫度并保溫一定時(shí)間（一般為2~4h），以預(yù)先消除這部分不可逆損失。鐵氧體永磁則不同，由于它的矯頑力溫度系數(shù)為正值，溫度越低、矯頑力越小，故需進(jìn)行負(fù)溫穩(wěn)磁處理。其辦法是將充磁后的鐵氧體永磁放在低溫箱中，冷凍至使用環(huán)境的最低溫度保溫2~4h。需要指出的是，經(jīng)過高溫或負(fù)溫穩(wěn)磁處理后，不能再對永磁體充磁；如有必要再次充磁，則需要新進(jìn)行高溫和負(fù)溫穩(wěn)磁處理。第3章 直流永磁電機(jī)工作原理及設(shè)計(jì)特點(diǎn) 永磁電動機(jī)的工作原理直流電機(jī)是借換向器和電刷以實(shí)現(xiàn)外電路的直流電與電樞繞組中交流電之間相互變換并同時(shí)借靜止氣隙磁場以實(shí)現(xiàn)電樞繞組中交流電與轉(zhuǎn)軸上機(jī)械轉(zhuǎn)矩之間相互交換的電機(jī)。直流電機(jī)的定子磁軛、主極鐵心、氣隙和電樞鐵心構(gòu)成磁路。勵磁繞組和電樞繞組相的合成磁動勢在氣隙內(nèi)形成氣隙磁場。電樞繞組相對氣隙磁場旋轉(zhuǎn)感生電樞電動勢；載流電樞繞組與氣隙磁場相互 圖31 直流電機(jī)原理圖作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。機(jī)械功率和電功率分別通過轉(zhuǎn)軸和電刷輸入或輸出，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。而永磁直流電動機(jī)的工作原理與一般直流電動機(jī)相同，見圖31。對于永磁直流電動機(jī)，定子每極有效磁能為不可調(diào)的。由圖31可知，直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速式中 ——電樞電阻 ——一對電刷壓降 V ——電勢常數(shù) 其中 Na————電樞導(dǎo)線數(shù) p——極對數(shù) a——并聯(lián)支路對數(shù) 由上式可見，通過改變或可調(diào)節(jié)和`控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)永磁直流電動機(jī)的設(shè)計(jì)大部分與電勵磁直流電動機(jī)相同，主要差別在于勵磁部分不同及由此而引起的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)取值范圍的差異。永磁直流電動機(jī)的磁極結(jié)構(gòu)多種多樣，磁場分布復(fù)雜，計(jì)算準(zhǔn)確度比電勵磁直流電動機(jī)低，而且永磁材料本身性能在一定范圍內(nèi)波動，直接影響磁場大小并使電動機(jī)性能產(chǎn)生波動，永磁電動機(jī)制成后又難以調(diào)節(jié)其性能。這些都增加了永磁直流電動機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算的復(fù)雜性。除了采用電磁場數(shù)值計(jì)算等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法盡可能提高計(jì)算準(zhǔn)確性外，設(shè)計(jì)中要留有一定的裕度，并充分考慮永磁材料性能波動可能帶來的影響。永磁直流電動機(jī)的應(yīng)用場合極為廣泛，不同的使用器具對電機(jī)性能的要求大不一樣。有的要求伺服性能好；有的要求價(jià)格低廉；有的要求效率高、節(jié)能，有的則要求功率密度高、體積小；有的工作環(huán)境惡劣，有的則對某項(xiàng)指標(biāo)要求苛刻。因而在設(shè)計(jì)時(shí)不論是主要尺寸和電磁負(fù)荷的選擇，還是繞組和沖片的設(shè)計(jì)都有很大差異，選擇的范圍很大，需要針對用戶對電機(jī)性能、尺寸和價(jià)格的具體要求以及所選用的永磁材料。根據(jù)制造廠的現(xiàn)有條件和經(jīng)驗(yàn)，選擇適宜的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)值進(jìn)行多方案分析比較后確定。 主要尺寸選擇永磁直流電動機(jī)的主要尺寸是指電樞直徑Da和電樞計(jì)算長度Lef，除了可根據(jù)用戶實(shí)際使用中安裝尺寸要求或參考類似規(guī)格電機(jī)的尺寸確定外，它可根據(jù)給定的額定數(shù)據(jù)來選擇。直流電動機(jī)的主要尺寸與所選擇的電負(fù)荷和磁負(fù)荷有密切關(guān)系．電勵磁直流電動機(jī)可根據(jù)設(shè)計(jì)要求和經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過優(yōu)化或分析比較多種方案，找到最佳的電磁負(fù)荷值．永磁電機(jī)則不同，其磁負(fù)荷基本上由永磁材料的性能和磁路尺寸決定，當(dāng)永磁材料和磁極尺寸選定后，就基本上被決定了，在設(shè)計(jì)時(shí)變化范圍很小。電機(jī)的氣隙磁密主要由所選用的永磁材料的剩余磁密決定。初選時(shí)可根據(jù)永磁材料和磁極結(jié)構(gòu)選取，通常為(~)。對于連續(xù)運(yùn)行的永磁直流電動機(jī)，一般取電負(fù)荷A＝30～100A／cm(小功率電動機(jī)) A＝100～300A／cm(小型電動機(jī))功率小時(shí)通常取小值。永磁電機(jī)的氣隙長度是影響制造成本和性能的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它的取值范圍很寬，在永磁直流電機(jī)設(shè)計(jì)中選取值時(shí)。需要考慮多種因素的影響。從電機(jī)抗去磁能力考慮，較小的值對提高抗去磁能力有利，但由于制造和裝配工藝的限制，不能取得大小，而且大小還將使電機(jī)的換向性能變壞。氣隙長度的選取還與所選用的永磁材料的種類有關(guān)。一般來說，對于鋁鎳鉆永磁，由于較小，抗去磁能力相對較差，宜取小一些；鐵氧體永磁的相對較高，可取大一些，而釹鐵硼等稀土永磁的很高，可取更大一些。此外，極數(shù)亦是選取值時(shí)應(yīng)考慮的一個因素。 定子尺寸選擇定子尺寸是機(jī)殼尺寸和永磁體尺寸，而永磁體尺寸與永磁體材料種類及磁極結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。永磁體磁化方向長度與氣隙大小有關(guān)，由于永磁體是電機(jī)的磁動勢源，因此永磁體磁化方向長度的選取首先應(yīng)從電機(jī)的磁動勢平衡關(guān)系出發(fā)，預(yù)估一初值，再根據(jù)具體的電磁性能計(jì)算進(jìn)行調(diào)整；的大小決定了電機(jī)的抗去磁能力，因此還要根據(jù)電樞反應(yīng)去磁情況的校核計(jì)算來最終確定選擇的是否合適。從磁動勢平衡關(guān)系出發(fā)，對于徑向式磁極結(jié)構(gòu)。永磁體磁化方向長度 (cm)的初選值可由下式給出： 對于切向式結(jié)構(gòu)，可將按上式估算出的值加倍后作為的初選值。在的具體選擇中應(yīng)注意的選擇原則是：在保證電機(jī)不產(chǎn)生不可逆退磁的前下應(yīng)盡可能小。因?yàn)檫^大將造成永磁材料的不必要浪費(fèi)，增加電機(jī)成本。而機(jī)殼，對于鐵氧體或釹鐵硼永磁電機(jī)一般采用鋼板拉伸機(jī)殼。由于機(jī)殼是磁路的一部分(定子軛部磁路)，在選擇厚度時(shí)要考慮不應(yīng)使定子軛部磁密太高。一般應(yīng)使： 電樞沖片設(shè)計(jì)先確定槽數(shù)Q。一般根據(jù)電樞直徑Da(cm)的大小選取Q，并且通常按奇數(shù)槽選擇，因?yàn)槠鏀?shù)槽能減少由電樞齒產(chǎn)生的主磁通脈動，有利于減小定位力矩。對于小功率永磁直流電動機(jī)，其槽數(shù)一般為三至十幾槽，但亦有二十多槽的。槽數(shù)的選擇一般從以下幾個方面考慮：1)、當(dāng)元件總數(shù)一定時(shí)，選擇較多槽數(shù)，可以減少每槽元件數(shù)，從而降低槽中各換向元件的電抗電動勢，有利于換向；同時(shí)槽數(shù)增多后，繞組接觸鐵心的面積增加，有利于散熱。但槽數(shù)增多后，槽絕緣也相應(yīng)增加，使槽面積的利用率降低，而且電機(jī)的制造成本也會有所增加。2)、槽數(shù)過多，則電樞齒t2過小，齒根容易損壞。齒距通常限制為當(dāng)Da30cm時(shí) t2當(dāng)Da30cm時(shí) t23)、電樞槽數(shù)應(yīng)符合繞組的繞制規(guī)則和對稱條件。對于電樞槽形的選擇。一般選擇梨形槽、半梨形槽或斜肩圓底槽、平行齒的槽形結(jié)構(gòu)，在容量極小的永磁直流電機(jī)中，也有選擇圓形槽的。此外，汽車、摩托車用起動機(jī)電動機(jī)，因電壓僅12V，采用矩形導(dǎo)體和半開口矩形槽。在本設(shè)計(jì)中采用梨形槽，如圖所示。 圖32 電樞槽形結(jié)構(gòu)圖第4章 電磁設(shè)計(jì)方案 額定數(shù)據(jù) =1500W =3600r/min B級 主要尺寸及永磁體尺寸選擇 =100% ==% 2p=4 N38SH t=40oC 工作溫度時(shí)的剩磁密度 的溫度系數(shù) 的不可逆損失率IL=0 工作溫度時(shí)的矯頑力為 DR51050 取Da= 瓦片形 （查圖519得） 鑄鋼 初選機(jī)座軛磁密 對于小型電機(jī)，一般漏磁系數(shù) （查表51得） 電樞沖片及電樞繞組計(jì)算 單波 單波繞組 a=1 Q=17 取 一般選取 根據(jù)此截面選用截面積相近的銅（查附錄1） 梨形槽 (如圖) 圖41電