少槽永磁直流电动机的尺寸确定

陈世元 冯臣

摘 要： 针对少槽永磁直流电动机的结构特点，进行了分析和研究。根据设计经验，总结出一套的关于主要尺寸、电枢尺寸、磁极尺寸、机壳尺寸、绕组尺寸以及换向器尺寸的确定方法及步骤，可供工程技术人员参考。

关键词： 永磁直流电动机； 少槽电枢； 结构特点； 尺寸确定； 设计步骤

中图分类号： TM 302 文献标志码： A 文章编号： 1671-2153（2016）05-0105-04

0 引 言

少槽永磁直流电动机一般都是属于微型电机。因为空间小，采用电励磁比较困难，槽数也不宜取得过多。因此运行性能与普通永磁直流电动机相比，性能稍差。一般应用在家用电器、电动玩具、汽车制造等行业。结构尺寸具有一定的特点。本文则以用于汽车座椅上的永磁直流电动机为例进行分析。论述一下少槽永磁直流电动机的独特设计方法，总结一套尺寸确定的步骤。

1 主要尺寸的确定

与普通电机一样，主要尺寸主要指电枢的直径Da和铁心长度la。本文则指转子铁心的直径和长度。根据主要尺寸关系式[1]

可计算出电机常数CA。式中，计算极弧系数可取ap′=0.6～0.75；电负荷可取A=30～100 A/cm；磁负荷可取Bδ=0.6～0.8 T。性能要求较高的电机电磁负荷取较低值，性能要求不高的电机取较高值，对于短时定额的电机可适当超出上限值。电机常数CA显示了产生单位电磁转矩所需要的体积（或有效材料）。

3 机壳尺寸的确定

永磁电机一般采用钢板拉伸而成的机壳。由于机壳是磁路的一部分，在选择厚度时要考虑其中磁密Bs不应太高，一般取Bs=1.5～1.8 T。由于机壳磁路中没有铁心损耗，Bs可以选偏高值。根据分析[1]，机壳厚度为

如果机壳外径Ds大于或小于用户规定的空间，则取用户规定的空间尺寸作为外径，反向推算出电枢直径，电枢铁心长度可加长或缩短，维持电机常数CA的基本不变。

4 电枢冲片尺寸的确定

根据生产实践经验，小功率永磁直流电机的槽数一般取Q=3～7。为了减少由电枢齿产生的主磁通脉动和定位力矩，通常选取奇数；为了满足机械强度，齿距t应大于1.5 cm；为了易于散热，每槽的总电流值Is=At应小于1500 A；此外还应符合绕组的绕制规则和对称条件。

冲片尺寸的确定主要是确定槽形尺寸，小功率永磁直流电机一般采用梨形槽，但是也有其独特之处。一般以确定齿的尺寸为主。其步骤如下：

1） 电枢内径。电枢内径Di，一般应与转轴的外径相配合，转轴的外径应符合标准尺寸。

2） 计算齿距。齿距体现了一个槽和一个齿所占的空间，设计槽形尺寸之前必须首先计算。齿距为

6） 确定槽口尺寸。槽口宽b0=0.2～0.3cm，在保证下线和机械加工方便的条件下，应尽量小。

槽口高h0=0.08～0.2cm，主要从机械强度和冲模寿命两方面考虑，不能太小。

槽口根据工艺需要适当倒角，一般r0=h0/2。

7） 确定槽顶线与槽顶园半径。小功率永磁直流电机一般在槽口下边点与齿中心线画出一条直线，称为槽顶线。槽顶线与齿中心线的夹角一般取α=80°～100°。槽顶线与齿边线以适当的园弧相连接，如图1所示。

5 电枢绕组尺寸的确定

1） 绕组形式的选择。小功率永磁直流电机的电枢绕组一般采用单叠和单波形式。对于2极电机区别不大，多极电机则功率大的采用单叠，功率小的采用单波。因为单波的支路数少。

2） 导体数的确定

其中，IN为额定电枢电流值；电枢电流密度值一般取J2=5～13 A/mm2，对于短时定额的电机可取上限值，或适当超出上限值。

可根据圆导线的面积与直径的关系和产品规格确定线规，如果线规太粗可考虑多根并绕，小功率永磁直流电机的并绕根数一般为Nt=1。

6 槽满率的核算

槽满率的一般核算方法是以槽的总面积减去槽绝缘所占的面积作为槽有效面积，槽内总导体所占面积除以槽有效面积得槽满率。小功率永磁直流电机的槽满率一般低于60%。

槽的总面积一般都计算槽的实际面积，但对于本文的情况，以一个齿距所占的面积减去齿的面积计算可能更方便。

槽满率的具体计算方法，许多文献都有介绍，本文不再叙述。

7 电刷尺寸的确定

小功率永磁直流电机的电刷具有如下特点：

1） 一般采用电阻系数和接触压降较低的铜石墨电刷。

2） 一般不采用全额电刷，导电截面积一般为

换向器的相邻换向片之间的电压不能太高，否则会引起电位差火花及环火。片间的最高电压UKmax正比于电机负载运行时的气隙最大磁通密度，这个气隙最大磁通密度和电枢的电负荷、气隙的长度以及电枢齿、磁极的饱和程度有关，所以片间的最高电压不宜精确算出。故往往用片间的平均电压UKav来推测UKmax。根据实际经验，一般的为UKav<17v；当不符合要求时应适增加换向片数。

9 结 论

本文通过计算与分析，根据实际设计经验，总结出一套少槽永磁直流电动机的尺寸确定方法及步骤，可供工程技术人员参考。

参考文献：

[1] 上海工业大学，上海直流电机厂. 直流电机的设计[M]. 北京：机械工业出版社，1983：26-37.

[2] 王秀和. 永磁电机[M]. 北京：中国电力出版社，2007：32-53.

[3] 唐任远. 现代永磁电机—理论与设计[M]. 北京：机械工业出版社，1997：2-3.

[4] 陈世坤. 电机设计[M]. 北京：机械工业出版社，1983：26-37.

Abstract： In this paper， the permanent magnet DC motor with minority slot areanalysised and researched. According to design experience， a set of determination method and step are induced about the dimension of armature， poles， shell， winding and commutator. Those method can be referred by engineers and technicians.

Keywords： PMDC motor； minority slot armature； special structure； dimensiondetermination； design step

（责任编辑：徐兴华）