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1、第三章直流無刷電動機的繞組第一節(jié)概述同其他類型電動機一樣，直流無刷電動機本體也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件構(gòu)成。轉(zhuǎn)子是指電動機在運行時可以轉(zhuǎn)動的部分，通常由轉(zhuǎn)軸、永久磁鋼及磁軛等部件組成。其主要作用是在電動機的氣隙內(nèi)產(chǎn)生足夠的磁感應強度，并同通電后的定子繞組相互作用產(chǎn)生感應電勢，以驅(qū)動自身運轉(zhuǎn)。定子是指電動機在運行時不動的部分，主要由硅鋼沖片同分布在它們槽內(nèi)的繞組以及機殼、端蓋、軸承等部件組成。所謂“繞組”，是指一些按一定的規(guī)律連接起來的線圈的總和。繞組通電后，與轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的磁場相互作用，產(chǎn)生力或感應電勢驅(qū)使轉(zhuǎn)子帶動負載一塊轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子磁鋼轉(zhuǎn)動后
2、，其磁力線反過來又切割定子繞組，在定子繞組中產(chǎn)生感應電動勢，反過來又影響了電動機內(nèi)電動勢的平衡關(guān)系。可見通電繞組和磁場之間的相互作用，是電動機內(nèi)部機電能量轉(zhuǎn)換的主要媒介。只有搞清電動機內(nèi)磁場的分布和作用情況，才能確切地分析繞組所產(chǎn)生的感應電勢和感生電動勢的大小及方向，以便導出電動機的感應電勢平衡方程和電動勢平衡方程。然而離開了繞組的具體結(jié)構(gòu)及聯(lián)接方式，很難講清楚電動機內(nèi)機電能量轉(zhuǎn)換的基本過程，對感應電動勢、電路參數(shù)和電磁感應電勢等基本問題，也會感到空洞或不著邊際。在本章里，將結(jié)合直流無刷電動機的基本性能要求來討論繞組結(jié)構(gòu)的一些基本問題。為了簡
3、明扼要地分析有關(guān)繞組問題，首先對直流無刷電動機的磁路及氣隙磁通作些必要的描述和簡化。第二節(jié)直流無刷電動機磁場的簡化在直流無刷電動機中，主磁場一般由轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生，通常用主磁路如圖3.1所示，它通過相鄰兩個極的中心線，經(jīng)定子和轉(zhuǎn)子鐵心閉合。主磁路主要由氣隙、定子齒、定子軛和轉(zhuǎn)子軛幾部分組成。圖中，為工作磁通，為永久磁鋼內(nèi)磁通，ΦS為漏磁通。圖3.1電動機內(nèi)部磁路1—定子鐵心2—軟鐵極靴3—永久磁鋼30嚴格地說，直流無刷電動機內(nèi)的磁場是含有不同磁介質(zhì)的三維場，由于其幾何形狀復雜，又含有鐵磁物質(zhì)等非線性因素，使得問題變得非常復雜。在工程分析中，為了突
4、出主要的過程，抓住主要矛盾，常作下列簡化。如有必要，當對某些問題做進一步的深入研究時，再對某個被忽略的因素進行一定的補差和適當?shù)男拚?。?）不計端部效應。即不計電動機主磁場向兩端的擴散，則在電動機繞組直線部分氣隙中的磁場沒有軸向分量，這樣一來，就把氣隙內(nèi)的磁場簡化為一個二維平面場；（2）不計鐵心部分的磁壓降及鐵心內(nèi)的磁滯、渦流效應。這樣，鐵心內(nèi)磁通是連續(xù)的。但場強為零，磁能及損耗皆為零，因而可以局限于研究氣隙內(nèi)的磁場；（3）不計定子鐵心表面開槽的影響，或者用一個等效的均勻氣隙來考慮定子開槽的影響。這樣，就使相當復雜的氣隙磁場大大簡化；（4）由
5、于通常氣隙寬度遠小于氣隙半徑D，所以在氣隙中可不計磁場的切向分量及氣隙沿徑向的變化，即空氣隙中磁感應強度和場強只有一個值，方向是徑向的。于是整個問題就簡化為一維場。圖3.2理想氣隙磁感應強度分布波形圖3.2示出了在上述假定條件下的直流無刷電動機氣隙磁感應強度Bδ的分布情況。這時氣隙磁感應強度Bδ與每極磁通量Φ有以下關(guān)系：(3.1)式中：τ—極距；L—電動機鐵心的有效長度。由于磁通具有邊緣擴散現(xiàn)象，氣隙磁感應強度分布就變成如圖3.3所示，為了進一步改善氣隙磁感應強度的分布波形，通常都使轉(zhuǎn)子磁鋼外圓Rp與定子內(nèi)圓R有不同圓心，如圖3.4a所示，這
6、時氣隙就不均勻了，磁極兩邊對應的氣隙比極中間的大，叫最大氣隙，用δmax表示。氣隙小的地方，磁阻小，磁力線密；氣隙大的地方，磁阻大，磁力線疏，所以氣隙里各處磁感應強度大小就不同了。最大氣隙與最小氣隙的比值一般取δmax/δmin=1.3～1.8。30圖3.3考慮邊緣擴散現(xiàn)象的氣隙磁感應強度波形圖3.4氣隙不均勻時的磁感應強度波形滿足這些要求后，Bδ的分布形狀就可變成圖3.4b所示的接近正弦形的氣隙磁感應強度。還要說明一下，圖3.4b所示的氣隙磁感應強度分布波形，是在假設(shè)定子鐵心表面沒有齒槽的條件下畫出的。實際上，電動機的定子表面有齒和槽，會對
7、氣隙磁感應強度波形有影響，其中增加了與齒數(shù)有關(guān)的齒諧波，在此就不詳加討論了。第三節(jié)繞組的構(gòu)成及基本要求繞組的基本單元是線圈。每個線圈有兩個邊，分別放置在定子疊片的兩個槽內(nèi)。兩個線圈邊相聯(lián)接的部分，稱為線圈端部。線圈邊的直線部分放在槽內(nèi)，稱為線圈的有效部分，如圖3.5所示。直流無刷電動機中的電磁能量轉(zhuǎn)換主要通過線圈的直線部分進行。線圈一般是由多匝導線組成，即由若干匝數(shù)的導線串聯(lián)構(gòu)成，如圖3.5b所示。在特殊情況下，也可以是單匝的，如圖3.5a所示。圖3.5線圈的基本結(jié)構(gòu)一個線圈的兩個有效邊沿圓周相隔的距離，稱為線圈的節(jié)距y，一般用定子內(nèi)的槽數(shù)或
8、它與極距的比值β30來表示。當線圈的節(jié)距與極距相等時，稱為整距（或全距）繞組。節(jié)距小于極距時，稱為短距繞組。在特殊情況下，節(jié)距也可以大于極距，稱為長距繞組。例如，某
