三相永磁同步電機(jī)之盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

    盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)如圖9一4所示，其定、轉(zhuǎn)子均為圓盤形，在電機(jī)中對(duì)等放置，產(chǎn)生軸向的氣隙磁場(chǎng)。定子鐵心一般由雙面絕緣的冷軋硅鋼片帶料沖制卷繞而成，定子繞組有效導(dǎo)體在空間呈徑向分布。轉(zhuǎn)子為高磁能積的永磁體和強(qiáng)化纖維樹(shù)脂灌封而成的薄圓盤。盤式定子鐵心的加工是這種電機(jī)的制造關(guān)鍵。近年來(lái)，采用鋼帶卷繞的沖卷機(jī)床來(lái)制造盤式永磁電機(jī)鐵心既節(jié)省材料，又簡(jiǎn)化工藝，促使盤式永磁電機(jī)迅速發(fā)展。這種電機(jī)軸向尺寸短、重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。由于勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)損耗．電機(jī)運(yùn)行效率高。由于定轉(zhuǎn)子對(duì)等排列，定子繞組具有良好的散熱條件，可獲得很高的功率密度．這種電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量小，機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，峰值轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高，轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比大，低速運(yùn)行平穩(wěn)，具有優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能以盤式水磁同步電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行元件的伺服傳動(dòng)系統(tǒng)是新一代機(jī)電一體化組件，具有不用齒輪、精度高、響應(yīng)決、加速度大、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、過(guò)載能力高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、雷達(dá)跟蹤等高精度系統(tǒng)中盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)有多種結(jié)構(gòu)型式，按照定轉(zhuǎn)子數(shù)量和相對(duì)位置可大致分為以下四種：

1）中間轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)（如圖9一4所示）可使電機(jī)獲得最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和最優(yōu)的散熱條件。它由雙定子和單轉(zhuǎn)子組成雙氣隙，其定子鐵心分有齒槽和無(wú)齒槽兩種，有齒槽定子加工時(shí)采用專用的沖卷床，使鐵心的沖借和卷繞一次成形，這樣既提高了硅鋼片的利用率，又可降低電機(jī)損耗。

2）單定子、單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)（如圖95所示）最為簡(jiǎn)單，但由于其定子同時(shí)作為旋轉(zhuǎn)磁極的磁回路，需要推力軸承以保證轉(zhuǎn)子不致發(fā)生軸向串動(dòng)。而且轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在定子中交變，會(huì)引起損耗，導(dǎo)致電機(jī)的效率降低。

3）中間定子結(jié)構(gòu)由雙轉(zhuǎn)子和單定子組成雙氣隙，如圖9一6所示。定子鐵心一般不開(kāi)槽，定子繞組既可以粘結(jié)在鐵心上，也可以均勻環(huán)繞于鐵心上，形成環(huán)形繞組定子。轉(zhuǎn)子為高性能永磁材料粘結(jié)在實(shí)心鋼構(gòu)成的圓盤上如圖97所示，所以這種電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比中間轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)要大。

4）多盤式結(jié)構(gòu)由多定子和多轉(zhuǎn)子交錯(cuò)排列組成多氣隙，如圖98所示．采用多盤式結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步提高盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，特別適合于大力矩直接傳動(dòng)裝置。

L3盤式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

盤式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)借助位置傳感器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置．所檢測(cè)出的信號(hào)去觸發(fā)相應(yīng)的電子換向線路以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式換流。從理論L說(shuō)，其電機(jī)本體結(jié)構(gòu)可以是上述盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)中任何一種，只不過(guò)繞組有所改變，即宜采用少槽或集中繞組以使反電動(dòng)勢(shì)波形接近梯形波。同時(shí)，為了保證位置傳感器的安裝精度，應(yīng)盡量選用較少的極數(shù)。實(shí)際上，大多數(shù)盤式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是無(wú)槽結(jié)構(gòu)，這種電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)非常接近于梯形波，易于通過(guò)調(diào)節(jié)極弧系數(shù)來(lái)減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；同時(shí)，無(wú)槽結(jié)構(gòu)電樞繞組電感小，可以得到線性的機(jī)械特性曲線。電樞繞組聯(lián)結(jié)方式和換向線路等內(nèi)容在第7章中已有詳細(xì)敘述，此處不再贅述。

2盤式永磁電動(dòng)機(jī)空載進(jìn)場(chǎng)計(jì)算

大多數(shù)盤式永磁電動(dòng)機(jī)采用無(wú)槽結(jié)構(gòu)，氣隙較大，電樞反應(yīng)作用較弱，通常可以忽略不計(jì)。只有當(dāng)功率密度非常高時(shí)，才需考慮電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)。所以盤式永磁電動(dòng)機(jī)的空載磁場(chǎng)分析，對(duì)這類結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)尤為重要。不失一般性，本節(jié)以單邊永磁體結(jié)構(gòu)的盤式永磁直流電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行分析。

2.1主磁路結(jié)構(gòu)

盤式永磁直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)分布比較復(fù)雜．僅就主磁路而言，主磁通同時(shí)經(jīng)由兩條磁路閉合，一條磁路的磁通經(jīng)過(guò)氣隙、磁扼和端蓋而閉合，如圖99a所示；另一條磁路的磁通從N極出發(fā)，經(jīng)過(guò)氣隙、磁扼，再經(jīng)過(guò)氣隙到達(dá)S極，最后經(jīng)扼部返回N極，如圖g一gb所示。由于電機(jī)中各部分磁密分布是不均勻的，不同半徑處的磁路長(zhǎng)度也不相同，這就使這種電機(jī)的磁路計(jì)算比圓柱式電機(jī)復(fù)雜。而主磁通在磁扼中的特殊分布．更增加了這種電機(jī)磁路計(jì)算的難度但由于盤式永磁直流電動(dòng)機(jī)氣隙較長(zhǎng)，主磁路一般不飽和，對(duì)于工程設(shè)計(jì)可取平均直徑處如圖9一gb所示的磁路作為盤式永磁直流電動(dòng)機(jī)的主磁路進(jìn)行分析。