永磁同步電機之關于軸向磁場盤式永磁直流電動機

    軸向磁場盤式永磁直流電動機是指磁場方向與電機轉軸方向平行，電機呈盤式結構的永磁直流電動機（一般稱盤式永磁直流電動機）。這種電動機結構簡單、制造方便、性能良好而受到重視。

5 . 1軸向磁場盤式永磁直流電動機的結構

5 . 1 . 1磁極結構

盤式永磁直流電動機（Disk Permanent Magnet DC Motor）外形呈扁平狀盤式結構，如圖5一1所示。電機外殼一般用鋼板壓制，永磁體按N 、 S極交替排列，固定在一側端蓋或兩側端蓋上，永磁體固定在一側端蓋上構成單邊磁場，永磁體固定在兩側端蓋上構成雙邊磁場。永磁體按軸向磁化，因而氣隙中產生軸向磁場。

    磁極一般作成扇形，可以用鐵氧體永磁材料，也可以用欽鐵硼永磁材料，按N 、 S極交替排列如圖52所示。在盤式永磁直流電動機中建議優(yōu)先采用錢鐵硼永磁材料，這樣不但可以使電動機體積小，而且給結構設計帶來方便。

5 . 1 . 2電樞繞組結構

盤式永磁直流電動機的電樞，通常無鐵心，只有導體做成電樞繞組，一般做成印制繞組，如電動機容量較大時，還可以制多層印制繞組，然后再并接在一起，也可以用電磁線繞成扇形繞組，繞組排列成圓形結構。繞組繞制完成后，再用環(huán)氧樹脂壓制完成，套在轉軸上，繞組連接線與換向器焊接而成。

5 . 1 . 3總體結構與應用

    由于盤式永磁直流電動機采用徑向磁場，又無鐵心及齒槽結構，不存在圓柱式結構電動機由于齒槽結構引起的脈動轉矩，輸出轉矩平穩(wěn)，同時電動機又不存在磁滯和渦流損耗，因而電動機效率較高；由于電動機采用氣隙徑向分布，因而繞組布置方便，可以選取較高的每極匝數，且電樞繞組電抗小，具有較好的換向性能；轉動部分無鐵心，轉動慣量小，因而具有較好的快速反應，特別是用于頻繁起動和制動的場合。另外電樞氣隙長度比較大，有利于電動機繞組散熱，電動機的熱負荷選擇的比較大，因而電動機的有效尺寸相對較小。目前這種結構已被廣泛應用于錄像機、辦公自動化器具、計算機外部設備、家用電器及電動自行車的傳動系統(tǒng)中。

由于盤式永磁直流電動機軸向尺寸大，因而要求電動機有嚴格的軸向配合，如果定轉子軸向不對稱，就容易產生單邊磁拉力，這樣特別容易造成電樞變形而影響電動機的性能，甚至造成電動機無法運行。為了使盤式永磁直流電動機能很好運行，常常把電動機氣隙設計的比較大，這樣鐵氧體永磁材料必須把永磁體的充磁方向長度加大。如果應用欽鐵硼永磁材料時，這個問題就比較容易解決。解決單邊磁拉力的一種方法就是采用雙邊磁場，但這樣會使盤式永磁直流電動機的制造工時增加。

5 . 2軸向磁場盤式永磁直流電動機的空載氣隙磁場

由于盤式永磁直流電動機的氣隙長度較長，因而電樞反應比較弱，一般可不考慮電樞反應的去磁效應，這時空載氣隙磁場的分析非常重要。

5 . 2 . 1主磁路計算及空載工作點確定

盤式永磁直流電動機磁場分析比較復雜，僅主磁路就有兩條磁路閉合，一條磁路通過氣隙從N極出發(fā)，經過氣隙、磁扼，再經過氣隙達到S極，經磁扼返回N極；另一條磁路經過氣隙、磁扼和端蓋閉合。由于永磁體磁路分布的特殊性，不同半徑的磁路長度也不相同，因而增加了磁路計算的復雜性。但由于盤式永磁直流電動機的氣隙長度較長，而主磁路不飽和，工程上常常取平均直徑處如圖5一3的磁路作為盤式永磁直流電動機的總磁路進行計算。假定磁路不飽和，鐵心中磁位降忽略，并忽略電樞反應，則。

5 . 2 . 2二維場分析

利用二維磁場有限元分析，不但能分析出磁通分布及磁感應強度分布，而且還可以求得空載漏磁系數和磁感應強度分布系數。如對圖54所示的區(qū)域進行二維靜磁場有限元計算，得到單邊磁場和雙邊磁場的周向分布和軸向分布圖（見圖5一5）和磁感應強度分布圖（見圖5一6）。 l沈陽工業(yè)大學對不同氣隙尺寸和不同永磁體長度h 。的盤式永磁電動機進行了大量計算并給出了如圖5一7和圖5一8的曲線。