【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)的重要指標之一。永磁體的磁性隨時間的推移和外界條件(如溫、反磁場、機械振動與沖擊、與強磁性物質(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，如材料的重復熱處理，才能使磁性能獲得部分恢復。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，永磁體磁疇結(jié)構(gòu)力圖建立新的熱力學穩(wěn)定平衡而造成的。這種變化有可逆與不可逆兩種?？赡孀兓丛谕饨缫蛩鼗謴偷皆紶顟B(tài)后，磁性能也隨著恢復，當存在磁滯時，則為不可逆變化。其磁性能可通過重復磁化基本上得到恢復。組織結(jié)構(gòu)的改變，還會引起磁結(jié)構(gòu)的改變，其所導致的磁性能變化，即使通過重重磁化，也不可能完全性復。 永磁材料的選擇及注意事項 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)計永磁電機時首先要選擇好適宜的永磁材料品種和具體的性能指標。歸納起來，選擇的原則為：1)、應(yīng)能保證電機氣隙中有足夠大的氣隙磁場和規(guī)定的電機性能指標。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)、有良好的機械性能，以方便加工和裝配。4)、經(jīng)濟性要好，價格適宜。根據(jù)現(xiàn)有永磁材料的性能和電機的性能要求，一般說來，1)、隨著性能的不斷完善和相對價格的逐步降低，釹鐵硼永磁在電機中的應(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。2)、對于性能和可靠性要求很高而價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，價格是考慮的主要因素，優(yōu)先采用價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)定性要求嚴的場合，如各種測量儀器用電機，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雜的場合，優(yōu)先采用粘結(jié)永磁材料。具體選用時，應(yīng)進行多種方案的性能、工藝、成本的全面分析比較后確定。 應(yīng)用注意事項在應(yīng)用時除前面提到的以外還應(yīng)注意：1）、本設(shè)計中的各種永磁材料磁性能，摘自國家標準或工廠企業(yè)標準的典型數(shù)據(jù)。應(yīng)該指出，永磁材料的實際磁性能與生產(chǎn)廠的具體制造工藝有關(guān)，其值與標準規(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，標準中規(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，對于電機中實際采用的永磁體開頭和尺寸，其磁性能與標準數(shù)據(jù)之間也會存在一定的差別。另外，充磁機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，為提高電機設(shè)計計算的準確性，需要向各生產(chǎn)廠家索取該批號的實際尺寸的永磁體在室溫和工作溫度下的實測退磁曲線。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?，順磁場方向最大，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，充磁時的磁場方向應(yīng)與磁場熱處理時的磁場方向一致，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在運行過程中性能穩(wěn)定，不發(fā)生明顯的不可逆退磁，在使用前應(yīng)先進行穩(wěn)磁處理，其辦法是將充磁后的永磁材料升溫至預計最高工作溫度并保溫一定時間（一般為2~4h），以預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，故需進行負溫穩(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，則需要新進行高溫和負溫穩(wěn)磁處理。第3章 直流永磁電機工作原理及設(shè)計特點 永磁電動機的工作原理直流電機是借換向器和電刷以實現(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借靜止氣隙磁場以實現(xiàn)電樞繞組中交流電與轉(zhuǎn)軸上機械轉(zhuǎn)矩之間相互交換的電機。直流電機的定子磁軛、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 直流電機原理圖作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。機械功率和電功率分別通過轉(zhuǎn)軸和電刷輸入或輸出，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。而永磁直流電動機的工作原理與一般直流電動機相同，見圖31。對于永磁直流電動機，定子每極有效磁能為不可調(diào)的。由圖31可知，直流電動機的轉(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`控制電動機的轉(zhuǎn)速。 永磁電機的設(shè)計特點永磁直流電動機的設(shè)計大部分與電勵磁直流電動機相同，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。永磁直流電動機的磁極結(jié)構(gòu)多種多樣，磁場分布復雜，計算準確度比電勵磁直流電動機低，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性能產(chǎn)生波動，永磁電動機制成后又難以調(diào)節(jié)其性能。這些都增加了永磁直流電動機設(shè)計計算的復雜性。除了采用電磁場數(shù)值計算等現(xiàn)代設(shè)計方法盡可能提高計算準確性外，設(shè)計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。永磁直流電動機的應(yīng)用場合極為廣泛，不同的使用器具對電機性能的要求大不一樣。有的要求伺服性能好；有的要求價格低廉；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，有的則對某項指標要求苛刻。因而在設(shè)計時不論是主要尺寸和電磁負荷的選擇，還是繞組和沖片的設(shè)計都有很大差異，選擇的范圍很大，需要針對用戶對電機性能、尺寸和價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，選擇適宜的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)值進行多方案分析比較后確定。 主要尺寸選擇永磁直流電動機的主要尺寸是指電樞直徑Da和電樞計算長度Lef，除了可根據(jù)用戶實際使用中安裝尺寸要求或參考類似規(guī)格電機的尺寸確定外，它可根據(jù)給定的額定數(shù)據(jù)來選擇。直流電動機的主要尺寸與所選擇的電負荷和磁負荷有密切關(guān)系．電勵磁直流電動機可根據(jù)設(shè)計要求和經(jīng)濟性，經(jīng)過優(yōu)化或分析比較多種方案，找到最佳的電磁負荷值．永磁電機則不同，其磁負荷基本上由永磁材料的性能和磁路尺寸決定，當永磁材料和磁極尺寸選定后，就基本上被決定了，在設(shè)計時變化范圍很小。電機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)運行的永磁直流電動機，一般取電負荷A＝30～100A／cm(小功率電動機) A＝100～300A／cm(小型電動機)功率小時通常取小值。永磁電機的氣隙長度是影響制造成本和性能的重要設(shè)計參數(shù)，它的取值范圍很寬，在永磁直流電機設(shè)計中選取值時。需要考慮多種因素的影響。從電機抗去磁能力考慮，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)亦是選取值時應(yīng)考慮的一個因素。 定子尺寸選擇定子尺寸是機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)從電機的磁動勢平衡關(guān)系出發(fā)，預估一初值，再根據(jù)具體的電磁性能計算進行調(diào)整；的大小決定了電機的抗去磁能力，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：在保證電機不產(chǎn)生不可逆退磁的前下應(yīng)盡可能小。因為過大將造成永磁材料的不必要浪費，增加電機成本。而機殼，對于鐵氧體或釹鐵硼永磁電機一般采用鋼板拉伸機殼。由于機殼是磁路的一部分(定子軛部磁路)，在選擇厚度時要考慮不應(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，因為奇數(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，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)、當元件總數(shù)一定時，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Da30cm時 t2當Da30cm時 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中，也有選擇圓形槽的。此外，汽車、摩托車用起動機電動機，因電壓僅12V，采用矩形導體和半開口矩形槽。在本設(shè)計中采用梨形槽，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 工作溫度時的矯頑力為 DR51050 取Da= 瓦片形 （查圖519得） 鑄鋼 初選機座軛磁密 對于小型電機，一般漏磁系數(shù) （查表51得） 電樞沖片及電樞繞組計算 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