【2017年整理】新型双定子永磁无刷电动机的结构设计.doc

新型双定子永磁无刷电动机的结构设计 陈菊华 （重庆工贸职业技术学院，重庆408000） 摘 要：设计了三种不同结构的双定子永磁无刷电动机，分析了各自的结构特点，比较了双定子永磁无刷电动机与传统永磁无刷电动机性能。分析比较表明双定子永磁无刷电动机具有比传统电动机更好的优越性。 关键词：双励磁永磁无刷电动机；结构设计；传统永磁无刷电动机；比较 the?Design?of?a?New?Dual-Stator?Permanent-Magnet?Motor CHEN Ju-hua，WU Min （Chongqing Industry and Trade Polytechnic, Chongqing,408000, China） Abstract：Designed?a?Dual-Stator?permanent?magnet?brushless?motor?in?three different?structures?and?analyzed?their?structural?characteristics;Compared?theDual-Stator?permanent?magnet?brushless?motor?with?traditional?permanent?magnet?brushless?motor.?Analysis?and?comparison?showed?the?Dual-Stator?permanent?magnetbrushless?motor?has?more?advantages?than?traditional?permanent?magnet?brushlessmotor. Key words: Double excitation permanent magnet brushless motor;Structure Design;Traditional permanent magnet brushless motor;Comparison. 0 引言 双定子永磁无刷电动机相对传统的永磁无刷电动机来说，是一种新类型的永磁无刷电动机。作者在《煤矿机械》2012年第8期上发表的“煤矿双定子永磁无刷电动机有限元时步法的研究”一文已对双定子永磁无刷电动机的有限元建模进行了详细分析[1]。这里将继续讨论双定子永磁电动机的结构设计及其与传统永磁无刷电动机的比较。 1 双定子永磁电动机的结构与工作原理 根据磁路结构的不同，此处提出了三种不同结构的双定子永磁电动机，第一种为串联磁路表贴式双定子永磁电动机，如图1所示；第二种为并联磁路表贴式双定子永磁电动机，如2所示；第三种为并联磁路嵌入式双定子永磁电动机，如图3所示。负载等效磁路也在图中分别加以说明。其中，为永磁体的计算磁动势；为永磁体磁导；为转子磁导；为电动机的漏磁导；为包括气隙和定子齿部的主磁导；为电枢磁动势；为主磁通；为漏磁通；为永磁体向外磁路提供的总磁通。变量里面下标“o”代表外定子[2]，“i”代表内定子。根据对励磁磁场的作用不同，主要起增磁和去磁的作用[3]。 第一种电动机为串联磁路，后两种电动机为并联磁路。相比较而言，表贴式电动机相对于嵌入式电动机更节省空间。对于串联磁路表贴式双定子永磁电动机，由于磁力线不通过转子铁心，所以转子铁心可以设计得很薄；而对于并联磁路表贴式双定子永磁电动机，由于磁力线通过转子铁心，若永磁体数量相同，为了防止铁心饱和，转子铁心将设计得比第一种电动机厚很多，从而降低了电动机内部空间的利用率。 图4和5给出了新型双定子永磁电动机结构示意图，其结构参数如表1所示。由于该双定子永磁电动机为24槽、22极定子结构，其内、外定子绕组可以设计为分数槽集中绕组，其定子绕组的槽电动势星形图和一相绕组的连接图如图6和图7所示。 表6–1 样机的主要技术参数 名 称 参数 名 称 参数 名 称 参数 额定功率/W 2000 内定子内径/mm 92 气隙长度/mm 0.6 额定电压/V 48 内定子外径/mm 165 内定子槽数 24 额定相电流/A 46 外定子内径/mm 191 外定子槽数 24 额定转矩/（N·m） 40 外定子外径/mm 245 线圈匝数 11 额定转速/（r/min） 400 铁心长度/mm 50 极数 22 由于磁极的磁通密度沿气隙圆周按正弦规律分布，转子沿逆时针方向恒速旋转，定子各槽内导体的感应电动势随时间按正弦规律变化[2]。由于各槽在空间上彼此相差电角度，因此线圈内各导体电动势也在时间相位上差电角度。从而，2号槽导体电动势矢量比1号槽滞后，同理3号槽比2号槽滞后。按照相带分相，每相正负相带各取4个槽，从而得到三相电动势大小相等，相位差。各相所占槽号为： A相：1、2、3、4和13、1