高扭矩微電機(jī)的設(shè)計(jì)途徑范文

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【摘要】微電機(jī)是技術(shù)密集行業(yè)，其產(chǎn)品應(yīng)用于各行各業(yè)。微電機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì)是無刷化、微型化、一體化、永磁化、數(shù)字化。從技術(shù)和應(yīng)用角度看，高扭矩、小型化、高穩(wěn)定性是微電機(jī)未來的發(fā)展方向，在此提出一套高扭矩微電機(jī)的設(shè)計(jì)思路。

【關(guān)鍵詞】微電機(jī)；高扭矩；小型化；高穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)思路

直流微電機(jī)以體積小、重量輕、便于控制等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)消費(fèi)領(lǐng)域，其性能對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生重要影響；微電機(jī)是技術(shù)密集行業(yè)，其產(chǎn)品應(yīng)用于各行各業(yè)，信息行業(yè)、家用電器、汽車領(lǐng)域、視像處理、工業(yè)控制、武器、航空、農(nóng)業(yè)、輕紡、醫(yī)療、包裝等行業(yè)[1]，見圖1。近幾年，隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展及國內(nèi)汽車市場(chǎng)的增長(zhǎng)，該領(lǐng)域?qū)ξ㈦姍C(jī)的需求進(jìn)一步增加，可是，由于我國的電機(jī)行業(yè)發(fā)展相對(duì)較晚，礙于早期國外的技術(shù)封鎖和我們材料技術(shù)的限制，電機(jī)行業(yè)的發(fā)展相對(duì)滯后，因此要加大對(duì)微電機(jī)的研發(fā)，這對(duì)汽車電子化發(fā)展具有很大的意義。如果電機(jī)要增大輸出（出力）扭矩，就必須要增加電機(jī)的體積；近年來我國的材料技術(shù)得到了發(fā)展突破，我們對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)也沉淀的不少經(jīng)驗(yàn)，如何在保證電機(jī)體積不變的情況下實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出（出力）扭矩的增加將成為一個(gè)課題和可能，如果此項(xiàng)目得以成功，則汽車領(lǐng)域針對(duì)微電機(jī)應(yīng)用的研發(fā)及應(yīng)用將更加廣泛及輕松。微電機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì)是無刷化、微型化、一體化、永磁化、數(shù)字化。從技術(shù)和應(yīng)用角度看，高扭矩、小型化、高穩(wěn)定性是微電機(jī)未來的發(fā)展方向[2]。

1.高轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)思路

微電機(jī)是永磁同步電動(dòng)機(jī)，而永磁同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)除了過勵(lì)狀態(tài)可以補(bǔ)償無功功率外，包括：（1）同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速嚴(yán)格遵守n=60f/p，達(dá)到精準(zhǔn)控制轉(zhuǎn)速的目的；（2）運(yùn)行穩(wěn)定性高，當(dāng)電網(wǎng)電壓突然下降，其勵(lì)磁系統(tǒng)一般會(huì)強(qiáng)行勵(lì)磁，保證電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩則會(huì)大幅下降；（3）過載能力比相應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)大；（4）運(yùn)行效率高，尤其是低速同步電動(dòng)機(jī)，因此永磁同步電機(jī)的使用急劇增加。永磁同步電動(dòng)機(jī)可通過對(duì)三部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來提高其電磁轉(zhuǎn)矩。第一，設(shè)計(jì)永磁體形狀，改變其安裝方式和磁極數(shù)。微電機(jī)采用的永磁體使用等半徑瓦片形，將磁體分成四片，均勻安裝在定子上，磁極增加，其輸出轉(zhuǎn)矩更大。第二，電樞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與極靴設(shè)計(jì)。電樞采用靴式結(jié)構(gòu)，對(duì)極靴形狀結(jié)構(gòu)和電樞結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)的極靴個(gè)數(shù)增加，此種結(jié)構(gòu)的電機(jī)磁極對(duì)數(shù)增加，轉(zhuǎn)速減小，轉(zhuǎn)矩增大，從而實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩。第三，通過對(duì)電機(jī)內(nèi)部線圈繞組繞線方式的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩。

2.小型化的設(shè)計(jì)思路

微型永磁同步電動(dòng)機(jī)根據(jù)對(duì)其電機(jī)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得本產(chǎn)品雖然增大了其輸出轉(zhuǎn)矩，可是在體積上和重量上與以前的產(chǎn)品沒有太大的差異，體積很小，用法蘭面螺絲安裝。

3.解決穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)思路

永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速嚴(yán)格遵守n1=60f/p，可以精確控制轉(zhuǎn)速，其運(yùn)行穩(wěn)定性高，當(dāng)電網(wǎng)電壓突然下降，其勵(lì)磁系統(tǒng)一般會(huì)強(qiáng)行勵(lì)磁，保證電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，過載能力比相應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)大，運(yùn)行效率高，尤其是低速同步電動(dòng)機(jī)。在設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少電磁干擾，設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)電樞安裝軸中心對(duì)稱，以避免氣隙不均勻，繞組不對(duì)稱；使機(jī)座的固定可靠，避免機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引起電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)[3]；采用電解片來做電動(dòng)機(jī)的機(jī)殼，電源采用端子連接方式，而端子采用0.4mm厚的青銅為材料，內(nèi)加環(huán)形壓敏電阻器來提高抗電磁干擾性能。采用上述思路設(shè)計(jì)為電機(jī)，解決目前市場(chǎng)上普通微電機(jī)輸出扭矩小的缺點(diǎn)，結(jié)合本人長(zhǎng)期致力研發(fā)和生產(chǎn)微電機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，吸取國內(nèi)外微電機(jī)研發(fā)和制造經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)具有高轉(zhuǎn)矩、體積小、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，是一種具有我國特點(diǎn)、符合國情，易于推廣的微電機(jī)，能很好地滿足國內(nèi)市場(chǎng)的要求。同體積的微電機(jī)采用該方案后，其轉(zhuǎn)矩提升30%以上。

參考文獻(xiàn)

[1]高潮.微電機(jī)出口市場(chǎng)巨大[J].中國對(duì)外貿(mào)易,2005(04).

[2]王耀東,等.內(nèi)氧化型Ag基換向器合金材料耐磨性研究[J].微特電機(jī),2018(4).

[3]謝志平,等.直流微電機(jī)電樞電流特性及故障多特征量研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2015(8).

作者：王銳 單位：和平長(zhǎng)盛電機(jī)有限公司