稀土永磁同步電機(jī)之盤(pán)式永磁電動(dòng)機(jī)

    盤(pán)式永磁電動(dòng)機(jī)的氣隙是平面型的，氣隙磁場(chǎng)是軸向的，所以又稱(chēng)為軸向磁場(chǎng)電機(jī)。 1821年，法拉第發(fā)明的世界上第一臺(tái)電機(jī)就是軸向磁場(chǎng)盤(pán)式永磁電機(jī)。限于當(dāng)時(shí)材料和工藝水平，盤(pán)式永磁電機(jī)未能得到進(jìn)一步發(fā)展。然而，人們逐漸認(rèn)識(shí)到普通圓柱式電機(jī)存在一些弱點(diǎn)，如冷卻困難和轉(zhuǎn)子鐵心利用率低等．本世紀(jì)40年代起，軸向磁場(chǎng)盤(pán)式永磁電機(jī)重新受到了電機(jī)界的重視。目前，國(guó)外已開(kāi)發(fā)了許多不同種類(lèi)、不同結(jié)構(gòu)的盤(pán)式水磁電機(jī)，其中，尤以盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)、盤(pán)式永磁同步電動(dòng)機(jī)和盤(pán)式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)等應(yīng)用最為廣泛。

l盤(pán)式永磁電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

1 . 1盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)如圖91所示，電機(jī)外形呈扁平狀。定子上粘有多塊扇形或圓柱形按N、S極性交替排列的永磁磁極，并固定在電樞一側(cè)或兩側(cè)的端蓋上。永磁體軸向磁化，從而在氣隙中產(chǎn)生多極的軸向磁場(chǎng)。電樞通常無(wú)鐵心，僅由導(dǎo)體以適當(dāng)方式制成圓盤(pán)形。電樞繞組的有效導(dǎo)體在空間沿徑向呈輻射狀分布，各元件按一定規(guī)律與換向器聯(lián)結(jié)成一體，繞組一般都采用常見(jiàn)的疊繞組或波繞組聯(lián)結(jié)方式。由于電樞繞組直接放置在軸向氣隙中，這種電機(jī)的氣隙比圓柱式的大。

盤(pán)形電樞的制造是這種電機(jī)的制造關(guān)鍵。盤(pán)形繞組的成形工藝不僅決定著繞組本身的耐熱、壽命和機(jī)械強(qiáng)度等，而且決定著氣隙的大小，直接影響永磁材料的用量。按制造方法的不同，盤(pán)形電樞分為印制繞組電樞和線(xiàn)繞電樞兩種，如圖9一2所示

1）印制繞組的制造最初采用與印制電路相同的方法，并因此得名。出于經(jīng)濟(jì)性考慮，目前多采用由銅板沖制然后焊接制造而成的工藝。其電樞片最多不能超過(guò)8層，每層之間用高粘結(jié)強(qiáng)度的耐熱絕緣材料隔開(kāi)，在電樞片最內(nèi)圈和最外圈處的連接點(diǎn)把各層電樞片連接起來(lái)，電樞片最內(nèi)圈處的一層導(dǎo)體作為換向器用。這樣，電機(jī)的熱過(guò)載能力和機(jī)械穩(wěn)定生受導(dǎo)體厚度（)的限制。印制繞組電樞制造精度較高，成本也高，但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小。

2）線(xiàn)繞電樞的成形過(guò)程分為三個(gè)步驟：繞組元件成形；繞組元件與（帶軸）換向器焊接成形；盤(pán)形電樞絕緣材料灌注成形。關(guān)鍵問(wèn)題是在繞制時(shí)能使導(dǎo)體固定在正確位置上，特別是在換向器區(qū)域，無(wú)法采用機(jī)械固定方法．為此需要采用高精度的繞線(xiàn)機(jī)和專(zhuān)用卡具。

    除了常見(jiàn)的扇形磁極和圓柱形磁極外，盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)還常常采用環(huán)形磁極。一般來(lái)說(shuō)，采用價(jià)格低廉的永磁材料如鐵氧體時(shí)，可采用環(huán)形磁極結(jié)構(gòu)，環(huán)形磁極容易裝配，可以保證較小的氣隙。而采用高性能永磁材料時(shí)大都采用扇形結(jié)構(gòu)，扇形水磁體制造時(shí)容易保證質(zhì)量，裝配時(shí)調(diào)整余地大，但對(duì)裝配要求較高。

盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：軸向尺寸短，可適用于嚴(yán)格要求薄型安裝的場(chǎng)合；采用無(wú)鐵心電樞結(jié)構(gòu)，不存在普通圓柱式電機(jī)由于齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，轉(zhuǎn)矩輸出平穩(wěn)；不存在磁滯和渦流損耗，可達(dá)到較高的效率；電樞繞組電感小，具有良好的換向性能；由于電樞繞組兩端面直接與氣隙接觸，有利于電樞繞組散熱，可取較大的電負(fù)荷；轉(zhuǎn)動(dòng)部分只是電樞繞組，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，具有優(yōu)良的快速反應(yīng)性能，可用于頻繁起動(dòng)和制動(dòng)的場(chǎng)合．

基于盤(pán)式水磁直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)良的性能和較短的軸向尺寸．已被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、汽車(chē)空調(diào)器、錄像機(jī)、辦公自動(dòng)化用品、電動(dòng)自行車(chē)和家用電器等場(chǎng)合。盤(pán)式電動(dòng)機(jī)要求嚴(yán)格的軸向裝配尺寸，圖9一1所示的結(jié)構(gòu)由于永磁體結(jié)構(gòu)的軸向不對(duì)稱(chēng)，存在著單邊磁拉力，會(huì)造成電樞變形而影響電機(jī)的性能。同時(shí)，盤(pán)式永磁直流電動(dòng)機(jī)由于工作氣隙，如果磁路設(shè)計(jì)不合理，漏滋通將會(huì)很大。為了克服單邊磁拉、減少漏磁，可以采用圖9-3所示大力的雙邊永磁體結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，把圖9-1所示的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為單邊永磁體結(jié)構(gòu)。

    在同體積永磁體情況下，采用雙邊永磁體結(jié)構(gòu)比單邊永磁體結(jié)構(gòu)的氣隙磁密可高出10％左右，而且改善了極面下氣隙磁密的均勻性所以雙邊永磁體結(jié)構(gòu)可以充分利用永磁材料，有利于提高電機(jī)性能、降低成本、縮小體積；但磁體加工工時(shí)及磁體的粘接工時(shí)都比單邊永磁體結(jié)構(gòu)有所增加。所以究竟采用哪種結(jié)構(gòu)，應(yīng)綜合考慮有關(guān)因素。一般地，較大容量的電機(jī)應(yīng)優(yōu)先考慮采用雙邊永磁體結(jié)構(gòu)。