电机绕组(无刷直流).doc

第章 直流无刷电动机的概述 第二节 直流无刷电动机磁场的简化 在直流无刷电动机中，主磁场一般由转子磁钢产生，通常用主磁路如图3.1所示，它通过相邻两个极的中心线，经定子和转子铁心闭合。主磁路主要由气隙、定子齿、定子轭和转子轭几部分组成。图中，为工作磁通，为永久磁钢内磁通，ΦS为漏磁通。 图3.1电动机内部磁路 1—定子铁心2—软铁极靴3—永久磁钢 严格地说，直流无刷电动机内的磁场是含有不同磁介质的三维场，由于其几何形状复杂，又含有铁磁物质等非线性因素，使得问题变得非常复杂。在工程分析中，为了突出主要的过程，抓住主要矛盾，常作下列简化。如有必要，当对某些问题做进一步的深入研究时，再对某个被忽略的因素进行一定的补差和适当的修正。（1）不计端部效应。即不计电动机主磁场向两端的扩散，则在电动机绕组直线部分气隙中的磁场没有轴向分量，这样一来，就把气隙内的磁场简化为一个二维平面场；（2）不计铁心部分的磁压降及铁心内的磁滞、涡流效应。这样，铁心内磁通是连续的。但场强为零，磁能及损耗皆为零，因而可以局限于研究气隙内的磁场；（3）不计定子铁心表面开槽的影响，或者用一个等效的均匀气隙来考虑定子开槽的影响。这样，就使相当复杂的气隙磁场大大简化；（4）由于通常气隙宽度远小于气隙半径D，所以在气隙中可不计磁场的切向分量及气隙沿径向的变化，即空气隙中磁感应强度和场强只有一个值，方向是径向的。于是整个问题就简化为一维场。 图3.2理想气隙磁感应强度分布波形 图3.2示出了在上述假定条件下的直流无刷电动机气隙磁感应强度Bδ的分布情况。这时气隙磁感应强度Bδ与每极磁通量Φ有以下关系： (3.1) 式中：τ—极距； L—电动机铁心的有效长度。 由于磁通具有边缘扩散现象，气隙磁感应强度分布就变成如图3.3所示，为了进一步改善气隙磁感应强度的分布波形，通常都使转子磁钢外圆Rp与定子内圆R有不同圆心，如图3.4a所示，这时气隙就不均匀了，磁极两边对应的气隙比极中间的大，叫最大气隙，用δmax表示。气隙小的地方，磁阻小，磁力线密；气隙大的地方，磁阻大，磁力线疏，所以气隙里各处磁感应强度大小就不同了。最大气隙与最小气隙的比值一般取δmax/δmin=1.3～1.8。 图3.3考虑边缘扩散现象的气隙磁感应强度波形 图3.4气隙不均匀时的磁感应强度波形 满足这些要求后，Bδ的分布形状就可变成图3.4b所示的接近正弦形的气隙磁感应强度。还要说明一下，图3.4b所示的气隙磁感应强度分布波形，是在假设定子铁心表面没有齿槽的条件下画出的。实际上，电动机的定子表面有齿和槽，会对气隙磁感应强度波形有影响，其中增加了与齿数有关的齿谐波，在此就不详加讨论了。 第三节 绕组的构成及基本要求 绕组的基本单元是线圈。每个线圈有两个边，分别放置在定子叠片的两个槽内。两个线圈边相联接的部分，称为线圈端部。线圈边的直线部分放在槽内，称为线圈的有效部分，如图3.5所示。直流无刷电动机中的电磁能量转换主要通过线圈的直线部分进行。线圈一般是由多匝导线组成，即由若干匝数的导线串联构成，如图3.5b所示。在特殊情况下，也可以是单匝的，如图3.5a所示。 图3.5线圈的基本结构 一个线圈的两个有效边沿圆周相隔的距离，称为线圈的节距y，一般用定子内的槽数或它与极距的比值β来表示。当线圈的节距与极距相等时，称为整距（或全距）绕组。节距小于极距时，称为短距绕组。在特殊情况下，节距也可以大于极距，称为长距绕组。例如，某直流无刷电动机转子为两对极（p=2），定子槽数Zs=36，则极距τ=Zs/2p=36/（2×2）=9槽。如采用整距绕组，则取节距y=τ=9，即将一个线圈的两边分别放在第1槽和第10槽，如图3.6所示。如上例中节距小于极距τ（τ=9）。这时线圈两边分别放置在第1槽和第9槽中，这种绕组就称为短距绕组。 y=8 （3.2） 图3.6 y=9时线圈在槽中的分布 在直流无刷电动机内，绕组又可分为单层绕组和双层绕组。每个槽内放置一个线圈边时，称为单层绕组；每个槽内放置两个线圈边，且分为上、下层时，称为双层绕组。双层绕组一般都采用短距绕组，其节距y在0.8τ左右，以使其5次和7次谐波的影响同时削减到比较小，这样既改善了电动机的电磁性能，又可节省材料（因为绕组的端部接线缩短了）。 单层绕组，每相每极仅一个线圈，而双层绕组，每相每极仅两个线圈时称为集中绕组。单层绕组每相每极有两个或更多个线圈、双层绕组每相每极有两个以上线圈时，称为分布绕组。 电动机的定子（或转子），其圆周等于360°，这种用机械关系计量的空间角度叫做机械角。但是在电工技术中，经常用