電動機(jī)基礎(chǔ)知識介紹

電動機(jī)基礎(chǔ)知識介紹空間磁場電磁感應(yīng)直流電機(jī)基礎(chǔ)交流電機(jī)基礎(chǔ)微特電機(jī)同步電機(jī)中的永磁體結(jié)構(gòu)新型永磁電機(jī)主要內(nèi)容靠電流產(chǎn)生稀土永磁產(chǎn)生效率低功率因數(shù)低可靠性低高效、高功率因數(shù)結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠體積小、重量輕形狀和尺寸靈活多樣電機(jī)磁場反應(yīng)快，動態(tài)性能好稀土永磁電機(jī)與電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合

可以部分替代傳統(tǒng)的電勵磁電機(jī)可以實現(xiàn)電勵磁電機(jī)所難以達(dá)到的高性能稀土永磁電機(jī)的發(fā)展方向大功率化

高功能化

微型化

小型

大型功率體積重量幾mW直徑0.8mm、長1.2mm幾十MW直徑12m一百多噸轉(zhuǎn)速幾小時1轉(zhuǎn)每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用電動汽車伴隨汽車工業(yè)的急速發(fā)展，環(huán)保問題也越來越嚴(yán)重，為了解決上述問題，并且大幅改善燃油經(jīng)濟(jì)型，毫無疑問就是使用電動汽車。永磁同步電機(jī)以其高效率、高功率因數(shù)和高功率密度等優(yōu)點，正逐漸成為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主流電機(jī)之一。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用磁懸浮列車、直線電機(jī)、線型電機(jī)利用磁極間的排斥力，實現(xiàn)列車停空懸浮運動軌道交通領(lǐng)域2007年，阿爾斯通公司研發(fā)的新一代永磁牽引電機(jī)系統(tǒng)的高速AGV列車—V150，創(chuàng)下列車速度世界新紀(jì)錄574.8km/h。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用電梯領(lǐng)域永磁同步電機(jī)產(chǎn)生較小的諧波噪聲，應(yīng)用于電梯系統(tǒng)中，可以帶來更佳的舒適感；永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用醫(yī)療機(jī)械領(lǐng)域傳統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)的整流子電機(jī)不僅故障率高，且壽命短、噪聲大、無法做消毒處理。用電子換向無刷直流永磁電機(jī)可以極大的提高工作可靠性，降低噪聲，延長壽命，是開發(fā)新一代醫(yī)療器械的關(guān)鍵。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用家電行業(yè)領(lǐng)域由于永磁電機(jī)在低運轉(zhuǎn)時效率極高，可以有效的降低頻繁啟動的損耗，是實現(xiàn)家電節(jié)能的較佳技術(shù)途徑之一。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用船舶電力推進(jìn)領(lǐng)域推進(jìn)電機(jī)是船舶綜合電力系統(tǒng)的重要組成部分、永磁同步推進(jìn)電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、噪聲低、易于實現(xiàn)集中遙控、可靠性高、可維護(hù)性好等優(yōu)點，是船舶推進(jìn)電機(jī)的理想選擇。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用擠出機(jī)領(lǐng)域螺桿驅(qū)動電機(jī)是擠出機(jī)動力系統(tǒng)的重要組成部分、永磁同步電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、噪聲低、可靠性高、可維護(hù)性好等優(yōu)點，是擠出機(jī)驅(qū)動電機(jī)的理想選擇。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用條形磁鐵的磁感線磁感線分布規(guī)律：在磁體外部，從磁體Ｎ極出來，回到S極；兩極密，中間疏。蹄形磁鐵的磁感線磁感線分布規(guī)律：在磁體的外部，從磁體N極出來，回到S極；兩極密，其它部位疏。SN畫出異名磁極之間的磁感線：N根據(jù)磁感線，標(biāo)出磁體的N、S極及小磁針的N、S極。NNS空間磁場磁感線分布規(guī)律：在磁體外部，從磁體Ｎ極出來，回到S極。地磁場分布空間磁場1.單塊磁鐵的磁力線分布

2.附近有鐵磁性物體時單塊磁鐵的磁力線分布3.兩塊磁鐵不同極性面對的磁力線分布

4.兩塊磁鐵相同極性面對的磁力線分布

5.兩塊磁鐵不同極性并列時磁力線分布

6.兩塊磁鐵相同極性并列時磁力線分布

8.附加鐵殼的吸附磁鐵的磁力線分布

7.附加鐵殼的兩塊磁鐵不同極性面對的磁力線分布旋轉(zhuǎn)定轉(zhuǎn)子間磁場分布圖非均勻磁場的空間有序分布→←NSNS←→排斥NSNS←→→←排斥NSNS吸引→←NSNS→←吸引同極異極當(dāng)兩塊磁鐵相互靠近時，同極相互排斥，異極相互吸引。磁懸浮陀螺同極相互排斥門吸異極相互吸引門吸磁鐵能指示南北的性質(zhì)指南針電動機(jī)為何能持續(xù)運動？1820年奧斯特電流的磁效應(yīng)電的本質(zhì)——電荷磁的本質(zhì)——磁荷？磁的本質(zhì)——運動電荷（電流）運動電荷傳導(dǎo)電流：電荷的定向運動分子電流：分子、原子中的電子、質(zhì)子運動基本磁現(xiàn)象磁場與磁感應(yīng)強(qiáng)度無矩分子——分子內(nèi)電子磁矩之和為零對外不顯磁性

有矩分子——分子內(nèi)電子磁矩之和不為零

固有磁矩對大塊介質(zhì)，固有磁矩排列無序，對外不顯磁性無外場時，磁介質(zhì)對外無磁性磁介質(zhì)的磁化機(jī)理加外場時

有矩分子：磁矩在磁場中受磁力矩的作用盡力朝外磁場方向排列對外產(chǎn)生磁效應(yīng)順磁質(zhì)無矩分子：在磁場中由于電子的運動產(chǎn)生感生磁矩，其方向與外磁場方向相反抗磁質(zhì)

靜止電荷靜止電荷靜止電荷之間——電力運動電荷之間——電力+磁力

運動電荷運動電荷說明1、磁場對運動電荷(或電流)有力的作用2、磁場有能量、有質(zhì)量…磁場

電場

磁場傳遞磁相互作用電場強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量：穿過一個閉合電路的磁通量的大小表示穿過一個閉合電路磁感線條數(shù)的多少1、當(dāng)閉合電路的面積相同時，磁感線比較密集，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，穿過這個閉合電路的磁通量越大2、當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B一樣時，閉合電路的面積越大，穿過這個閉合電路的磁通量越大結(jié)論：穿過S1的磁通量比S2的大哪一個磁通量大呢？結(jié)論：只要穿過閉合電路的磁通量變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。

閉合回路中一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向可用右手定則確定。

1.右手定則伸開右手，使拇指與其余四指垂直，且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，拇指指向?qū)Ь€運動方向，則四指所指的方向就是導(dǎo)線中感應(yīng)電流的方向。感應(yīng)電流的方向洛倫茲力（1）含義：運動電荷在磁場中受到的力（2）大小：①

:安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)提問：導(dǎo)線垂直于B時，電流——安培力I電流方向I電流方向電機(jī)動力類控制電機(jī)變壓器直流電機(jī)交流電機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)異步電機(jī)同步電機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)電機(jī)分類步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)測速發(fā)電機(jī)直流電機(jī)交流電機(jī)同步電機(jī)有刷動機(jī)無刷電機(jī)電機(jī)分類定子轉(zhuǎn)子小功率電動機(jī)、小型發(fā)電機(jī)（汽車）電動車、航模、醫(yī)療器械異步電機(jī)無永磁部件水泵、冰箱、空調(diào)、風(fēng)扇、大功率動力轉(zhuǎn)子電梯、鐵道機(jī)車、機(jī)器人、電動汽車、永磁部件應(yīng)用場合直流電機(jī)二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象——感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件

1.利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，所產(chǎn)生的電動勢稱為感應(yīng)電動勢，所產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流.2.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：①閉合電路；②穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化；閉合電路的一部分做切割磁感線的運動穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化1.2.8電磁感應(yīng)定律eBvev1.2.7載流導(dǎo)體在磁場中的安培力電磁定律Bfi左手定則：載流導(dǎo)體在磁場中受到的電磁力。直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)

圖1.5小型直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖

1—換向器；2—電刷裝置；3—機(jī)座；4—主磁極；

5—換向極；6—端蓋；7—風(fēng)扇；8—電樞繞組；9—電樞鐵心一、定子部分

直流電機(jī)定子部分主要由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成。

圖1.6直流電機(jī)的主磁極

1—主極鐵心；2—勵磁繞組；3—機(jī)座；4—電樞二、轉(zhuǎn)子部分直流電機(jī)轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。

圖1.7直流電機(jī)的電樞1—轉(zhuǎn)軸；2—軸承；3—換向器；4—電樞鐵心；5—電樞繞組；6—風(fēng)扇；7—軸承

直流電機(jī)原理直流電機(jī)原理圖1.1.1直流電動機(jī)物理模型

圖1.1.2直流發(fā)電機(jī)物理模型3.1.2基本工作原理1、直流發(fā)電機(jī)的工作原理電刷換向片直流電機(jī)原理直流發(fā)電機(jī)原理結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高能量轉(zhuǎn)換效率高,電能消耗少低速性能好,調(diào)整率小環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)功率密度高延長蓄電池使用壽命稀土永磁電機(jī)優(yōu)點與電磁式直流電動機(jī)相比，稀土永磁直流電動機(jī)優(yōu)點：無勵磁繞組結(jié)構(gòu)簡單節(jié)省了用銅降低了損耗提高了效率和可靠性，與普通永磁式直流電動機(jī)相比，減少了磁鋼用量，其磁鋼均為薄片式體積、重量進(jìn)一步縮小力能指標(biāo)進(jìn)一步提高稀土永磁直流電動機(jī)稀土永磁直流電動機(jī)永磁直流電機(jī)磁極示意圖稀土永磁直流電動機(jī)永磁直流電動機(jī)的磁路一般由電樞鐵心(包括電樞齒、電樞扼)、氣隙、永磁體、機(jī)殼等構(gòu)成。永磁體作為磁源，它的性能、結(jié)構(gòu)形式和尺寸對電機(jī)的技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和體積尺寸等有重要影響。目前電機(jī)中使用的永磁材料的性能差異很大，因而在電機(jī)中使用時與其性能相適應(yīng)的、適宜的結(jié)構(gòu)形式也大不相同。稀土永磁直流電動機(jī)由于鐵氧體水磁在性能上具有Br小、Hc相對高的特點，因此結(jié)構(gòu)上一般做成扁而粗的形狀，即增加磁極面積，相對縮短磁化方向長度。鋁鎳鈷永磁具有Br高、Hc低的特點，在結(jié)構(gòu)上一般做成磁極面積小、磁化方向長度大的細(xì)長形狀，以彌補(bǔ)其Hc低的缺點。稀土永磁的特點是剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、磁感應(yīng)矯頑力Hc及最大磁能積(BH)max都很高，在磁極結(jié)構(gòu)上可做成磁極面積和磁化長度均很小的結(jié)構(gòu)形狀。永磁直流電動機(jī)磁極結(jié)構(gòu)種類很多，其中常用的有瓦片形、圓筒形、弧形和矩形結(jié)構(gòu)。稀土永磁直流電動機(jī)稀土永磁直流電動機(jī)瓦片形磁極瓦片形磁極結(jié)構(gòu)大多在高矯頑力的稀土永磁和鐵氧體水磁直流電動機(jī)中采用。當(dāng)采用各向異性的鐵氧體永磁或稀土永磁時，對瓦片形磁極可以沿輻射方向定向和充磁，稱為徑向充磁；也可沿與滋極中心線平行的方向定向相充磁，稱為平行充磁。采取徑向充磁對提高水磁體的磁性能有利。稀土永磁直流電動機(jī)稀土永磁直流電動機(jī)圓筒型磁極缺點圓筒形磁極的材料利用率差，極間的一部分水磁材料不起什么作用；而且圓筒形永磁體較難制成各向異性，磁性能較差。優(yōu)點一個圓筒形整體，結(jié)構(gòu)簡單，容易獲得較精確的結(jié)構(gòu)尺寸，加工和裝配方便有利于大量生產(chǎn)對于價格低廉的鐵氧體水磁，有時總成本反而降低。因而對于尺寸小的電動機(jī)和精度要求較高的電動機(jī)更多地使用圓筒形水磁磁極。稀土永磁直流電動機(jī)稀土永磁直流電動機(jī)弧形磁極結(jié)構(gòu)印端面式磁路結(jié)構(gòu)可以增加磁化方向長度一般應(yīng)用在鋁鎳鉆永磁直流電動機(jī)中。改進(jìn)的圓筒形結(jié)構(gòu)在磁極中心外因處有兩個凹槽，以利于充磁，在與Ns極垂直的軸線內(nèi)圓處也開凹槽以減少交軸電樞反應(yīng)相改善換向形狀復(fù)雜，加工較難。端面式結(jié)構(gòu)的磁路較長．漏磁系數(shù)較大(可達(dá)1.5~1.6)，僅在40w以下微型電機(jī)。稀土永磁直流電動機(jī)稀土永磁直流電動機(jī)稀土永磁直流電動機(jī)瓦片形和弧形水磁體的形狀復(fù)雜，加工費時，有時其加工費用甚至高于水磁材料本身的成本。因此，目前的趨勢之一是盡可能使用矩形或近似矩形結(jié)構(gòu)。為了減少配合面之間的附加間隙，對配合面的加工精度要求較高。切向式結(jié)構(gòu)起聚磁作用，可以提高氣隙磁密，使之接近甚至大于水磁材料的剩磁密度。稀土永磁直流電動機(jī)稀土永磁直流電動機(jī)理想化永磁直流電動機(jī)模型，電樞鐵心表面元齒槽，導(dǎo)體在電漚鐵心表面均勻連續(xù)分布，電樞繞組為整距，電刷位于幾何中性線上。由于電樞繞組各支路中的電流是由電刷引入或引出的，電刷是電樞表面電流分布的分界線，因此電樞磁動勢的軸線正好位于交軸(與磁極中心線正交的軸線，又叫q鈾)方向，為交納電樞磁動勢。稀土永磁直流電動機(jī)稀土永磁無刷直流電機(jī)稀土永磁無刷直流電機(jī)永磁無刷電動機(jī)結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電動機(jī)稀土永磁無刷直流電機(jī)盤式轉(zhuǎn)子無刷直流電動機(jī)稀土永磁無刷直流電機(jī)圖9無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式交流電機(jī)交流電機(jī)電樞繞組的電動勢交流電機(jī)電樞繞組的電動勢6.1交流電機(jī)電樞繞組的電動勢6.1.1導(dǎo)體電動勢6.2.1三相單層繞組Z＝24，p＝42、三相單層分布繞組1、三相單層集中整距繞組(1)計算槽距角三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)定子鐵心定子沖片定子線圈鐵心和機(jī)座鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子照片繞線轉(zhuǎn)子照片異步電動機(jī)的工作原理e方向用右手定則確定f方向用左手定則確定1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動方向一致

結(jié)論：2.線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢概述作為電動機(jī)運行是同步電機(jī)又一種重要的運行方式。同步電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定、功率因數(shù)可調(diào)。在需要改變功率因數(shù)和不需要調(diào)速的場合，例如大型空氣壓縮機(jī)、粉碎機(jī)、離心泵等常常優(yōu)先采用同步電動機(jī)。18-1

同步電動機(jī)工作原理

先從一臺并聯(lián)在無窮大電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)著手分析。同步電機(jī)的氣隙中同時存在著對應(yīng)于電網(wǎng)電壓U

的合成磁勢F和對應(yīng)于勵磁電勢E0的轉(zhuǎn)子磁勢Ff,F的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，是固定不變的。

定子繞組的合成磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢之間的空間相位關(guān)系同步電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)點1、稀土永磁同步電動機(jī)無滑差，轉(zhuǎn)子上無基波鐵、銅耗。

2、稀土永磁同步電動機(jī)為雙邊勵磁，且主要是轉(zhuǎn)子永磁體勵磁，其功率因數(shù)可達(dá)到或接近于1.0。

3、功率因數(shù)的提高，一方面節(jié)約了無功功率，另一方面也使定子電流下降，定子銅耗減少，效率提高。稀土永磁同步電動機(jī)的極弧系數(shù)一般均大于異步電動機(jī)的極弧系數(shù)，當(dāng)電源電壓和定子結(jié)構(gòu)一定時，稀土永磁同步電動機(jī)的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度較異步機(jī)小，鐵損耗小。

4、至于稀土永磁同步電動機(jī)的雜散損耗，一般認(rèn)為由于其永磁體磁場的非正弦性而增加了雜散損耗，但另一方面稀土永磁電動機(jī)較大的氣隙，降低了雜散損耗。

5、稀土永磁同步電動機(jī)的不變損耗（鐵耗+機(jī)械損耗）小，稀土永磁同步電動機(jī)的額定效率比異步電動機(jī)高4%-7%，但在整個負(fù)載變化范圍內(nèi)的平均效率，稀土永磁同步電動機(jī)比三相異步電動機(jī)可高出12%。

6、采用稀土永磁同步電動機(jī)，無功功率節(jié)電率可達(dá)85%；有功功率節(jié)電率可達(dá)23%-25%，節(jié)電效果十分明顯。稀土永磁同步電機(jī)與電磁式同步電動機(jī)相比較，稀土永磁同步電動機(jī)具有以下優(yōu)點：

1、稀土永磁同步電動機(jī)無需電流勵磁,不設(shè)電刷和肩環(huán),因此結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可靠性高。

2、由于上述結(jié)構(gòu)的特點，使得稀土永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子上無勵磁損耗，無電刷和滑環(huán)之間的磨擦損耗和接觸電損耗。因此，稀土永磁同步電動機(jī)的效率比電磁式同步電動機(jī)要高，并且其功率因數(shù)可以設(shè)計在1.0附近。

3、稀土永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多樣、結(jié)構(gòu)靈活，而且不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)往往帶來自身性能上的特點，因而稀土永磁同步電動機(jī)可根據(jù)使用需要選擇不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式。

4、稀土永磁同步電動機(jī)在一定功率范圍內(nèi)，可以比電磁式同步電動機(jī)具有更小的體積和重量。稀土永磁同步電機(jī)稀土永磁同步電機(jī)積和重量。圖2為不同勵磁形式同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的一個極矩的橫截面：

（a）電磁式

（b）稀土永磁徑向磁化

（c）稀土永磁切向磁化圖1高效永磁同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1-轉(zhuǎn)軸2-軸承3-端蓋4-定子繞組5-機(jī)座

6-定子鐵心7-轉(zhuǎn)子鐵心8-永磁體9-起動籠

10-風(fēng)扇11-風(fēng)罩轉(zhuǎn)子直流勵磁原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子磁場以速度n0旋轉(zhuǎn)定子導(dǎo)體感生電動勢,定子帶負(fù)載則有電流流過定子電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，速度為n0轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受電磁力，形成電磁轉(zhuǎn)矩，和拖動轉(zhuǎn)矩平衡同步電機(jī)稀土永磁同步電機(jī)

這種結(jié)構(gòu)中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)于鐵心的外表面上，永磁體提供磁通的方向為徑向，且永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間一般僅套以起保護(hù)作用的非磁性圓筒，或在水磁磁極表面包以無緯玻璃絲帶作保護(hù)層。有的調(diào)速水磁同步電動機(jī)的永磁磁極用許多矩形小條拼裝成瓦片形，能降低電動機(jī)的制造成本。按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同，永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)一般可分為三種：表面式、內(nèi)置式和爪極式。稀土永磁同步電機(jī)

微特電機(jī)通常指的是結(jié)構(gòu)、性能、用途或原理等與常規(guī)電機(jī)不同，且體積和輸出功率較小的微型電機(jī)和特種精帶電機(jī)一般其外樣不大于13mm，輸出功率從數(shù)百毫瓦到數(shù)百瓦。現(xiàn)在有的特種lt機(jī)的功率已做到10kw，甚至更大。微特電機(jī)

航空航天：衛(wèi)星天線的展開和偏轉(zhuǎn)，飛行器的姿態(tài)控制?，F(xiàn)代軍事裝備：火炮自動瞄準(zhǔn)、飛機(jī)軍艦自動導(dǎo)航。潛艇導(dǎo)航儀表90臺自動火炮60臺導(dǎo)彈60臺現(xiàn)代工業(yè)：機(jī)器人、機(jī)床信息與電子產(chǎn)業(yè)：計算機(jī)存儲器、打印機(jī)手機(jī)振動：空心杯式直流電機(jī)，外徑4mm，質(zhì)量1.2~5.4g現(xiàn)代交通運輸：汽車：普通汽車15臺；高級轎車40~50臺；豪華轎車70~80臺現(xiàn)代農(nóng)業(yè)：水位顯示、水壩閘站、魚群探測日常生活：醫(yī)療設(shè)備、錄音錄像、空調(diào)。微特電機(jī)應(yīng)用汽車中的微特電機(jī)微特電機(jī)分類微特電機(jī)分類無刷化微型化機(jī)電一體化永磁化：智能化研制新原理、新結(jié)構(gòu)電機(jī)微特電機(jī)發(fā)展趨勢一、

概述：

伺服電機(jī)分類直流伺服電機(jī)（DCMotor）交流伺服電機(jī)（ACMotor）控制電機(jī)伺服電機(jī)是進(jìn)給伺服系統(tǒng)中一個重要的組成環(huán)節(jié)，其性能決定了進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能。伺服電機(jī)及其調(diào)速通電線圈產(chǎn)生的磁場與永久磁鐵產(chǎn)生的磁場之間的相互作用產(chǎn)生了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。定子：磁場—永磁體轉(zhuǎn)子：電樞繞組換向：換向器與碳刷直流伺服電機(jī)為了得到連續(xù)的旋轉(zhuǎn)方向,必須隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度不斷改變電流方向,因此,必須有換向器與碳刷。目前使用比較多的是永磁式直流伺服電機(jī)，也稱為大慣量寬調(diào)速直流伺服電機(jī)。特點：調(diào)速范圍寬，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，而且電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量較大，應(yīng)用較方便優(yōu)點：起動轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速容易控制、效率高。特點（Features）:缺點：由于電刷和換向器的存在，其壽命、噪聲等方面存在不足。開發(fā)研制了無刷直流電機(jī)（brushless）一、結(jié)構(gòu)和分類按結(jié)構(gòu)，直流伺服電動機(jī)(DCServoMotor)可分為傳統(tǒng)型和低慣量型兩大類。(一)傳統(tǒng)型直流伺服電動機(jī)傳統(tǒng)型直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式與普通直流電動機(jī)相同，只是它的容量和體積要小得它由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。按勵磁方式它又可以分為電磁式和永磁式兩種。電磁式直流伺服電動機(jī)的定子鐵心通常由硅鋼片沖制疊壓而成，勵磁繞組直接統(tǒng)制在磁極鐵心上。永磁式直流伺服電動機(jī)的定子上安裝由永久磁鋼制成的磁極。直流伺服電動機(jī)(二)

低慣量直流伺服電動機(jī)1、空心杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)外定子可以由永久磁鋼制成，也可以是通常的電磁式結(jié)構(gòu)。內(nèi)定子由軟磁材料制成，以減小磁路的磁阻，僅作為主磁路的一部分?？招谋无D(zhuǎn)子上的電樞繞組，可以采用印制繞組，也可先繞成單個成型繞組，然后將它們沿圓周的軸向排列成豐心杯形，再用環(huán)氧樹脂固化。電樞繞組的端側(cè)與換向器相連，由電刷引出。空心杯轉(zhuǎn)子直接固定在轉(zhuǎn)軸上，在內(nèi)、外定子的氣隙中旋轉(zhuǎn)。(二)

低慣量直流伺服電動機(jī)2．盤式電樞直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)(二)

低慣量直流伺服電動機(jī)3.無槽電樞直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)

直流力矩電動機(jī)就是為了滿足低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩負(fù)載要求而設(shè)計制造的電動機(jī)。它可以低速運行甚至長期堵轉(zhuǎn)時產(chǎn)十足夠大的轉(zhuǎn)矩，不需要齒輪減速而直接帶動負(fù)載。日前生產(chǎn)的直流力矩電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)炬可達(dá)幾千?！っ?，而轉(zhuǎn)速可低至10r/min左右。它具有動態(tài)響應(yīng)快，轉(zhuǎn)短波動小，機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性線性度好，能在低速下穩(wěn)定運行等優(yōu)點，特別適合于在位置伺服系統(tǒng)和低速伺服系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，也適用于在需要轉(zhuǎn)炬調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)矩反饋和一定張力的場合使用。直流力矩電動機(jī)結(jié)構(gòu)特點直流力矩電動機(jī)結(jié)構(gòu)特點直流力矩電動機(jī)的工作原理與普通自流伺服電動機(jī)相同，只是結(jié)構(gòu)和外形尺寸比例有所不同。為減小轉(zhuǎn)動慣量，一般的直流伺服電動機(jī)做成細(xì)長圓柱形。而直流力矩電動機(jī)，為了能在相同的體積和電樞電壓下產(chǎn)生比較大的轉(zhuǎn)矩和低的轉(zhuǎn)速，一般做成扁平式結(jié)構(gòu)，電樞長度與直徑之比一般為0.2左右，結(jié)構(gòu)上采用永磁式結(jié)構(gòu)，并選取較多的極對數(shù)。為了減小轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的被動，選用較多的槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)。直流力矩電動機(jī)交流伺服電機(jī)－－無刷電機(jī)改變電機(jī)的結(jié)構(gòu)–—磁極作轉(zhuǎn)子，線圈作定子；線圈中的電流方向可以使用電子方式換向在換向過程中，需要測量磁場磁力線與線圈的夾角?霍爾傳感器可以測量轉(zhuǎn)子的磁場

感應(yīng)式電動機(jī)（InductionMotor）同步式電動機(jī)（SynchronousMotor）---應(yīng)用較多無刷電機(jī)（BrushlessMotor）三種類型永磁同步電動機(jī)逐漸成為交流伺服系統(tǒng)執(zhí)行電動機(jī)的主流三種交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點交流異步伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子通常有三種結(jié)構(gòu)型式：高電阻率導(dǎo)條的籠形轉(zhuǎn)子、非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子和鐵磁性空心轉(zhuǎn)子。交流異步伺服電動機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，同步伺服電動機(jī)又分為永滋式、磁阻式和滋滯式三種。交流同步伺服電動機(jī)一、永磁式同步電動機(jī)1結(jié)構(gòu)型式二、磁阻式同步電動機(jī)第五節(jié)交流同步伺服電動機(jī)三、磁滯式同步電動機(jī)交流同步伺服電動機(jī)這種外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的磁滯電動機(jī)常用在陀螺、電唱機(jī)等裝置中。三、磁滯式同步電動機(jī)交流同步伺服電動機(jī)第五節(jié)伺服電動機(jī)應(yīng)用測速發(fā)電機(jī)

測速發(fā)電機(jī)是一種轉(zhuǎn)速測量傳感器。在許多自動控制系統(tǒng)中，它被用來測量旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)速，向控制電路提供與轉(zhuǎn)速大小成正比的信號電壓。測速發(fā)電機(jī)分為交流和直流兩種類型。(1)輸出電壓與轉(zhuǎn)速保持良好的線性關(guān)系；(2)剩余電壓(轉(zhuǎn)速為零時的輸出電壓)要??；(3)輸出電壓的極性和祁位能反映被測對象的轉(zhuǎn)向；(4)溫度變化對輸出特性的影響??；(5)輸出電壓的斜率大，即轉(zhuǎn)速變化所引起的輸出電壓的變化要大；(6)摩擦轉(zhuǎn)矩和慣性要?。捍送?，還要求它體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、對無線電通信的干擾小、噪聲小等。性能要求直流測速發(fā)電機(jī)

直流測速發(fā)電機(jī)分永磁式和他勵式兩種。兩種電機(jī)的電樞相同，工作時電樞接負(fù)載電阻RL。但永磁式的定子使用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，因而沒有勵磁線圈；他勵式的結(jié)構(gòu)與直流伺服電機(jī)相同，工作時勵磁繞組加直流電壓U1勵磁。他勵式直流測速發(fā)電機(jī)接線圖TGRLI2U2+–Ra+–EI1U1+–????

1轉(zhuǎn)子定子勵磁繞組輸出繞組

異步式交流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī)相似，它的定子上有兩個繞組，一個是勵磁繞組，一個是輸出繞組。輸出繞組+–勵磁繞組+–交流測速發(fā)電機(jī)

交流測速發(fā)電機(jī)又分為同步式和異步式兩種。轉(zhuǎn)子直流勵磁原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子磁場以速度n0旋轉(zhuǎn)定子導(dǎo)體感生電動勢,定子帶負(fù)載則有電流流過定子電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，速度為n0轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受電磁力，形成電磁轉(zhuǎn)矩，和拖動轉(zhuǎn)矩平衡同步電機(jī)永磁式離靈敏度直流調(diào)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點是直徑大、袖向尺寸小、電樞元件數(shù)多，因而輸出電壓斜率大、低速精度高，其靈敏度比普通測速發(fā)電機(jī)高出一千多倍。它的換向器是用塑料或絕緣材料制志薄板基板，在其上面印刷很多換向片。換向器是固定在軸的端面上，故稱之印制電路端面換向器。串聯(lián)的元件數(shù)多，紋波電壓較低。轉(zhuǎn)速可很低，最低轉(zhuǎn)速可低于每天一轉(zhuǎn)，輸出電壓約為幾毫伏。特別適合于作為低速伺服系統(tǒng)中的檢測。永磁式高靈敏度直流測速發(fā)電機(jī)(一)霍爾無刷直流測速發(fā)電機(jī)1．霍爾元件在一塊半導(dǎo)體薄片的相對兩側(cè)通入控制電流I，在薄片的垂直方向加以磁場B，則在半導(dǎo)體薄片的另外兩側(cè)會產(chǎn)生一個電動勢，這一現(xiàn)象叫做霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動勢叫霍爾電動勢。該半導(dǎo)體薄片稱為霍爾元件。永磁式高靈敏度直流測速發(fā)電機(jī)霍爾電動勢可能是直流的，也可能是交流的。當(dāng)磁場和控制電流都是直流時，霍爾電動勢為直流電動勢；若磁場和控制電流其中之一是交流的，霍爾電動勢為交流電動勢。霍爾無刷直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理永磁式高靈敏度直流測速發(fā)電機(jī)電子轉(zhuǎn)向式無刷直流測速發(fā)電機(jī)永磁式高靈敏度直流測速發(fā)電機(jī)

（一）步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理二、步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)是按電磁吸引的原理進(jìn)行工作的。結(jié)構(gòu)：主要由定子、轉(zhuǎn)子和勵磁繞組三部分組成。定子上有六個磁極，每個磁極上繞有勵磁繞組，每相對的兩個磁極組成一相，分成A、B、C三相。定子和轉(zhuǎn)子均由帶齒的硅鋼片疊成。當(dāng)定子繞組按順序輪流通電時，A、B、C三對磁極就依次產(chǎn)生磁場，并每次對轉(zhuǎn)子的某一對齒產(chǎn)生電磁引力，將其吸引過來，而使轉(zhuǎn)子一步步轉(zhuǎn)動。每當(dāng)轉(zhuǎn)子某一對齒的中心線與定子磁極中心線對齊時，磁阻最小，轉(zhuǎn)矩為零。如果控制線路不停地按一定方向切換定子繞組各相電流，轉(zhuǎn)子便按一定方向不停地轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電機(jī)每次轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。

永磁式（PM）反應(yīng)式（VR）

混合式（HB）

永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。（二）步進(jìn)電機(jī)的類型反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；

三相四相五相六相等勵磁相數(shù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛

不需反饋控制，電路簡單

易于微機(jī)聯(lián)接沒有積累誤差停止時有自鎖能力維修方便價廉（三）特點(Features)：

效率低

容易失步（脫調(diào)）低頻時易發(fā)生震蕩優(yōu)點缺點3、步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用步進(jìn)電動機(jī)是用脈沖信號控制的，步距角和轉(zhuǎn)速大小不受電壓波動和負(fù)載變化的影響，也不受各種環(huán)境條件諸如溫度、壓力、振動、沖擊等影響，而僅僅與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率的高低可以大范圍地調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并能實現(xiàn)快速起動、制動、反轉(zhuǎn)，而且有自鎖的能力，不需要機(jī)械制動裝置，不經(jīng)減速器也可獲得低速運行。它每轉(zhuǎn)過一周的步數(shù)是固定的，只要不丟步，角位移誤差不存在長期積累的情況，主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現(xiàn)閉環(huán)控制。步進(jìn)電動機(jī)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機(jī)床、計算機(jī)外圍設(shè)備、自動記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動化生產(chǎn)線、印刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用。TSKJ

下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖如下：

定子內(nèi)圓周均勻分布著六個磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩個相對的繞組組成一相。轉(zhuǎn)子有四個齒。定子ABCIAIBIC轉(zhuǎn)子1、工作原理下圖為一臺三相六拍反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，定子上有三對磁極，每對磁極上繞有一相控制繞組，轉(zhuǎn)子有四個分布均勻的齒，齒上沒有繞組。TSKJ步進(jìn)電機(jī)的三相單、雙六拍運行方式TSKJ反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)工作原理

反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)工作原理

按定轉(zhuǎn)子鐵心的段數(shù)分為單段式和多段式兩種反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)

單段步進(jìn)電動機(jī)單段式是指定轉(zhuǎn)子為一段鐵心。由于各相繞組沿圓周方向均勻排列，所以又稱為徑向分相式。它是步進(jìn)電動機(jī)中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式。按定轉(zhuǎn)子鐵心的段數(shù)分為單段式和多段式兩種反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)2．多段式多段式是指定轉(zhuǎn)子鐵心沿電機(jī)抽向按相數(shù)分成m段：由于各相繞組沿著軸向分布，所以又稱為軸向分相式。按其磁路的結(jié)構(gòu)特點有兩種，一種是主磁路仍為徑向，另一種是主磁路包含有軸向部分。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)2．多段式

定于為凸極式，裝有兩相(或多相)繞組。轉(zhuǎn)子為凸極式星形磁鋼，其校對數(shù)與定于每相繞組的極對數(shù)相同。圖中定于為兩相集中繞組(A、B)，每相為兩對極，所以轉(zhuǎn)子也是兩對極，即P＝2。永磁式步進(jìn)電動機(jī)永磁式步進(jìn)電動機(jī)的特點是：步距角大，起動和運行頻率較低；但它所需的控制功率較小，效率高，且在斷電情況下具有定位轉(zhuǎn)矩。主要用于新型自動化儀表?；旌鲜讲竭M(jìn)電動機(jī)也稱為感應(yīng)子式步進(jìn)電功機(jī)，這是一種十分流行的步進(jìn)電動機(jī)。既有反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)小步距角的特點，義有永磁式步進(jìn)電動機(jī)的高效率、繞組電感比較小的特點。常常也作為低速同步電動機(jī)運行?；旌鲜讲竭M(jìn)電動機(jī)混合式步進(jìn)電動機(jī)

垃轉(zhuǎn)變壓器或稱問轉(zhuǎn)變壓器，是一種將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變換成與之呈某一函數(shù)關(guān)系電信號的元件，是自動控制系統(tǒng)中一類精密控制微電機(jī)，它既可以單機(jī)遠(yuǎn)行，也可以像自整角機(jī)那樣成對或多機(jī)組合使用。當(dāng)變壓器的一次側(cè)外施單相交流勵磁電壓時，其二次側(cè)的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈嚴(yán)格的園數(shù)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器

在自動控制系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)變壓器可以作為解算元件，主要用于坐標(biāo)變換、三角運算等，也可作為傳感元件，用于隨動系統(tǒng)中遠(yuǎn)距離測量、傳輸或再現(xiàn)一個角度。此外，還可以用作移相器和角度一數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置永磁無刷直流電機(jī)永磁無刷直流電機(jī)永磁無刷直流電機(jī)勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)而得名。這種電動機(jī)具有以下一些(1)使用方便。改變輸入電壓大小，可以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，且調(diào)速十分方便。(2)轉(zhuǎn)速高、體積小、質(zhì)量輕。(3)起動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)。單相串勵電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩很大，可高達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的4—6倍，而其它單相交流電機(jī)大多在1倍以下以既適用于電動工具，不易被卡住、制動，有大的過載能力，也適宜于作帶重負(fù)載起動用的伺服電動機(jī)。單相交流串勵電動機(jī)

雙凸極電機(jī)主要是指開關(guān)磁阻(SR)電機(jī)和雙凸極永磁(DSPM)電機(jī)，由于它們在機(jī)械結(jié)構(gòu)上十分相似，定子和轉(zhuǎn)子均呈凸極形式，故將它們統(tǒng)稱為雙凸極電機(jī)。因為電機(jī)每相磁路的磁阻隨轉(zhuǎn)子位置而變，所以在一·些文獻(xiàn)小也稱之為可變磁阻電機(jī)。SR電機(jī)與DSPM電機(jī)雖同為雙凸板結(jié)構(gòu)，但前者屬于磁阻電機(jī)，后者則應(yīng)歸居于永磁電機(jī)。雙凸極電機(jī)

雙凸極電機(jī)主要是指開關(guān)磁阻(SR)電機(jī)和雙凸極永磁(DSPM)電機(jī)，由于它們在機(jī)械結(jié)構(gòu)上十分相似，定子和轉(zhuǎn)子均呈凸極形式，故將它們統(tǒng)稱為雙凸極電機(jī)。因為電機(jī)每相磁路的磁阻隨轉(zhuǎn)子位置而變，所以在一·些文獻(xiàn)小也稱之為可變磁阻電機(jī)。SR電機(jī)與DSPM電機(jī)雖同為雙凸板結(jié)構(gòu)，但前者屬于磁阻電機(jī)，后者則應(yīng)歸居于永磁電機(jī)。雙凸極電機(jī)雙凸極電機(jī)開關(guān)磁阻(SR)電機(jī)雙凸極電機(jī)開關(guān)磁阻(SR)電機(jī)開關(guān)磁阻(SR)電機(jī)在小功率家用電器(如吊扇)、輕工設(shè)備等應(yīng)用中，電路簡單、成本低的單相SR電機(jī)往往更有吸引力。圖9—10所示為一外轉(zhuǎn)子單相SR電機(jī)，環(huán)形繞組設(shè)子內(nèi)定子的6個磁極槽內(nèi)，通電后將形成徑向一鈾向組合磁路。當(dāng)轉(zhuǎn)子極接近定子極時接通電源，轉(zhuǎn)子受力旋轉(zhuǎn)，在定、轉(zhuǎn)子極重合之前斷開電源，轉(zhuǎn)子靠慣性繼續(xù)運動，待轉(zhuǎn)子極接近下一個定子極時再接通定子繞組，如此重復(fù)，電機(jī)可連續(xù)轉(zhuǎn)動。為了解決自起動問題，可采取適當(dāng)措施，如附加永磁體,使電機(jī)斷電時轉(zhuǎn)子能停在適當(dāng)?shù)奈恢茫员ＷC下次通電起動時存在一定的轉(zhuǎn)矩。雙凸極永磁(DSPM)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)與陽電機(jī)相向，即定轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)；定子齒上裝有集中式繞組，徑向相對齒上的繞組申聯(lián)構(gòu)成一相；轉(zhuǎn)子上既沒有繞組，也沒有永磁體，適合高速運行。與SR電機(jī)的不同之處在于，DSMP電機(jī)在定子鐵心中放置了二塊(或多塊)高性能永久磁鐵。為獲得足夠高的氣隙磁通密度，一方面可選用磁能積大、去磁曲線線性度好的永磁材料；另一方面可適當(dāng)增大水磁體的面積，故常特定子鐵心制成橄欖形或方形，這樣雖然電機(jī)的實際體積和質(zhì)量有所增加，但是，只要外凸部分不超出由定子圓周所界定的正方形(圖9—21中虛線所示)，就不增加鐵心材料的消耗和成本，而是利用了本該成為邊角料的部分。如果定子槽空間在放置了電樞繞組后仍有富裕，也可將定子鐵心設(shè)計成“內(nèi)凸”結(jié)構(gòu)．以保持定子鐵心為圓形，如圖9—22所示雙凸極永磁(DSPM)電機(jī)雙凸極永磁(DSPM)電機(jī)雙凸極永磁(DSPM)電機(jī)雙凸極永磁(DSPM)電機(jī)開關(guān)磁阻(SR)電機(jī)雙凸極永磁(DSPM)電機(jī)直線電動機(jī)出于不需要仟何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)就能產(chǎn)生直線運功，驅(qū)動直線運動的生廣機(jī)械，所以使整個裝置或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、精度高、效率高等，因此是近年來國內(nèi)外積極研究開發(fā)的電動機(jī)之一。日前直線電動機(jī)的府用非常廣泛，例如在交通運輸方面的磁懸浮列車、磁浮船、公路高速車等；在物流輸送力而的各種流水生產(chǎn)線；在工業(yè)上的沖壓機(jī)、車床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)等；在信息與自動化方向的繪圖儀、打印機(jī)、掃描儀、復(fù)印機(jī)等；在自動控制系統(tǒng)中的驅(qū)動、指示和信號元件，如快速記錄儀等。此外，在民用和軍事方面也有許多應(yīng)用，如民用自動門、電動縫紉機(jī)、制茶機(jī)、以及軍用導(dǎo)彈、電磁炮、魚雷等裝置。直線電機(jī)直線電機(jī)直線電機(jī)永磁直線電機(jī)永磁直線電機(jī)電機(jī)中的磁極結(jié)構(gòu)圖4-2永磁電機(jī)橫截面示意圖1－定子2－永磁體3－轉(zhuǎn)軸4－轉(zhuǎn)子鐵心

定子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心圖4-3非常規(guī)分布的永磁同步電動機(jī)繞組矩形波采用集中整距繞組正弦波采用分布短距繞組采用一些非常規(guī)繞組減少雜耗采用星形接法2、轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

永磁體在轉(zhuǎn)子位置的不同

表面式內(nèi)置式爪極式

凸出式插入式

徑向式切向式混合式

（1）表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

（a）凸出式

（b)插入式圖4-4表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)1—永磁體2—轉(zhuǎn)子鐵心3—轉(zhuǎn)軸

特點：工藝簡單、成本低

無異步起動能力A）表面凸出式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

特點：結(jié)構(gòu)簡單、制造成本較低、轉(zhuǎn)動慣量小

永磁磁極易于實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計

B）表面插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

特點：動態(tài)性能較凸出式有所改善

漏磁因數(shù)和制造成本都較凸出式大。

（2）內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)

A）徑向式結(jié)構(gòu)特點：漏磁因數(shù)小

極弧因數(shù)易于控制轉(zhuǎn)子沖片機(jī)械強(qiáng)度高安裝永磁體后轉(zhuǎn)子不易變形

次之圖3-5內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)1—轉(zhuǎn)軸2—空氣隔磁槽3—永磁體4—轉(zhuǎn)子導(dǎo)條

磁性轉(zhuǎn)軸磁力線非磁性轉(zhuǎn)軸磁力線模型模型空載場磁力線（B）切向式結(jié)構(gòu)

特點：漏磁因數(shù)較大，需采用相應(yīng)的隔磁措施

制造工藝和制造成本較徑向式結(jié)構(gòu)有所增加每極磁通由相鄰兩個磁極并聯(lián)提供磁阻轉(zhuǎn)矩在電動機(jī)總電磁轉(zhuǎn)矩的比例可達(dá)40％最大圖3-6內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)1—轉(zhuǎn)軸2—空氣隔磁槽3—永磁體4—轉(zhuǎn)子導(dǎo)條

（C）混合式結(jié)構(gòu)

特點：結(jié)構(gòu)和制造工藝較為復(fù)雜，制造成本也比較高

集中了徑向式和切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

圖3-7內(nèi)置式混合式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)1－轉(zhuǎn)軸2—空氣隔磁槽3—永磁體4—轉(zhuǎn)子導(dǎo)條

（C）爪極式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)特點：不具備異步起動能力結(jié)構(gòu)和工藝較為簡單。圖3-8爪極式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)1—左法蘭盤2—圓環(huán)形永磁體3—右法蘭盤4—非磁性轉(zhuǎn)軸

3、隔磁措施圖3-9幾種典型的隔磁措施1—永磁體2—永磁體槽3—轉(zhuǎn)子鐵心4—轉(zhuǎn)軸5—轉(zhuǎn)子導(dǎo)條

1）隔磁磁橋?qū)挾萣

和隔磁磁橋長度w

的選取1

新型結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)

1.1盤式永磁電機(jī)

盤式永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)a)單邊b)外轉(zhuǎn)子c)內(nèi)轉(zhuǎn)子d)多盤180kW盤式永磁電機(jī)其轉(zhuǎn)矩密度達(dá)8.5kN/m2，為傳統(tǒng)電機(jī)的2倍左右。

1.1盤式永磁電機(jī)

1.2橫向磁通永磁電機(jī)

傳統(tǒng)電機(jī)的齒和槽在同一平面內(nèi)，齒寬和槽寬互相制約。改成橫向磁通電機(jī)后可以使轉(zhuǎn)矩密度相當(dāng)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電機(jī)的2～5倍，特別適用于車、船等直接驅(qū)動場合。傳統(tǒng)徑向磁通電機(jī)的磁路1.2橫向磁通永磁電機(jī)

橫向磁通永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,內(nèi)部磁場呈復(fù)雜的三維分布,在轉(zhuǎn)子和定子鐵心的齒部,磁通沿徑向流通,而定子鐵心軛部的磁通沿軸向流通,流通方向相互垂直。橫向磁通電機(jī)的磁路需要用三維電磁場分析計算來弄清其電磁場分布規(guī)律和優(yōu)化設(shè)計規(guī)律，進(jìn)而提高其性能。橫向磁通電機(jī)的一種典型結(jié)構(gòu)圖1.2橫向磁通永磁電機(jī)

定子結(jié)構(gòu)1.2橫向磁通永磁電機(jī)

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1.2橫向磁通永磁電機(jī)

1.2橫向磁通永磁電機(jī)

電機(jī)磁密分布端部漏磁很大。定子齒外端的磁密較低，越往里齒磁密越高，在軛部與齒部的交接面最高。1.2橫向磁通永磁電機(jī)

15kW橫向磁通永磁電機(jī)照片功率因數(shù)為0.8，轉(zhuǎn)矩密度為傳統(tǒng)電機(jī)的2.5倍左右。傳統(tǒng)電機(jī)的磁場是由電流產(chǎn)生的，為了減少磁路的磁阻，都選用高磁導(dǎo)率的硅鋼片疊壓制成定、轉(zhuǎn)子鐵心，導(dǎo)致體積大、重量大(鐵心重占總重的60%左右)、損耗大(鐵心損耗占總損耗的20%~30%)、振動噪聲大(鐵心有齒有槽是產(chǎn)生電磁噪聲的根源)，難以滿足高性能調(diào)速系統(tǒng)的要求。1.3無鐵心永磁電機(jī)

利用釹鐵硼永磁高矯頑力（約900kA/m）的優(yōu)異特性而不用或少用硅鋼片，制成無鐵心永磁電機(jī)，則電機(jī)的重量可以大幅度下降、效率提高、振動噪聲顯著降低，同時具有更低的轉(zhuǎn)動慣量、更快的響應(yīng)速度、更寬的調(diào)速范圍、更長的使用壽命。1.3無鐵心永磁電機(jī)

無鐵心電機(jī)的三維磁場是開域的，分析計算的關(guān)鍵技術(shù)之一是如何確定三維開域場的邊界條件和對計算結(jié)果的有效處理。無鐵心永磁電機(jī)氣隙表面磁密的矢量分布

無鐵心電機(jī)磁密矢量分布圖從圖中可以看出,沿圓周方向,磁場呈周期性分布,在電機(jī)的端部有一個很大的軸向分量磁密。1.3無鐵心永磁電機(jī)

已制成的2.2kW8極無鐵心永磁電機(jī)的實物照片，其效率90％，功率密度比傳統(tǒng)電機(jī)提高1倍以上，噪聲57dB。

電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子實物照片

1.3無鐵心永磁電機(jī)

無鐵心電機(jī)與同規(guī)格Y2系列感應(yīng)電動機(jī)的對比分析電機(jī)型號Y2-132S-8TYB2200-750比較結(jié)果中心高132112額定功率/W22002200效率/％78.089.8提高11.8％功率因數(shù)0.710.95提高0.24功率密度/W·kg－133.8568.75提高103％噪聲/dB(A)7157降低14dB（A）1.3無鐵心永磁電機(jī)

該類電機(jī)在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、電動車、電梯、家用電器等要求較高的控制場合具有廣闊的應(yīng)用前景。2永磁發(fā)電機(jī)

永磁發(fā)電機(jī)

直驅(qū)低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

半直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合勵磁發(fā)電機(jī)

2.1直驅(qū)低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

當(dāng)前，兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)電場中占主導(dǎo)地位，而直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用越來越廣泛，它省去了增速齒輪箱，大大提高了可靠性和效率，提高了單位kW的發(fā)電量。國內(nèi)已成功開發(fā)出1~3MW的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，每分鐘只有十幾轉(zhuǎn)。單支撐結(jié)構(gòu)的直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.1直驅(qū)低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

計算時對模型接觸進(jìn)行一定簡化，對模型施加相應(yīng)載荷及約束進(jìn)行強(qiáng)度分析，可得到不同構(gòu)件的位移場分布矢量圖及重力方向位移云圖。2.1直驅(qū)低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

轉(zhuǎn)子支架位移場分布矢量圖及重力方向位移云圖錐形支撐位移場分布矢量圖及重力方向位移云圖2.2半直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

由于在同樣功率時，電機(jī)的重量與其轉(zhuǎn)速成反比，MW級的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)重幾十噸，甚至一百多噸，運輸和吊裝都比較困難。發(fā)電機(jī)的吊裝圖每臺