永磁同步电机之关于轴向磁场盘式永磁直流电动机

    轴向磁场盘式永磁直流电动机是指磁场方向与电机转轴方向平行，电机呈盘式结构的永磁直流电动机（一般称盘式永磁直流电动机）。这种电动机结构简单、制造方便、性能良好而受到重视。

5 . 1轴向磁场盘式永磁直流电动机的结构

5 . 1 . 1磁极结构

盘式永磁直流电动机（Disk Permanent Magnet DC Motor）外形呈扁平状盘式结构，如图5一1所示。电机外壳一般用钢板压制，永磁体按N 、 S极交替排列，固定在一侧端盖或两侧端盖上，永磁体固定在一侧端盖上构成单边磁场，永磁体固定在两侧端盖上构成双边磁场。永磁体按轴向磁化，因而气隙中产生轴向磁场。

    磁极一般作成扇形，可以用铁氧体永磁材料，也可以用钦铁硼永磁材料，按N 、 S极交替排列如图52所示。在盘式永磁直流电动机中建议优先采用钱铁硼永磁材料，这样不但可以使电动机体积小，而且给结构设计带来方便。

5 . 1 . 2电枢绕组结构

盘式永磁直流电动机的电枢，通常无铁心，只有导体做成电枢绕组，一般做成印制绕组，如电动机容量较大时，还可以制多层印制绕组，然后再并接在一起，也可以用电磁线绕成扇形绕组，绕组排列成圆形结构。绕组绕制完成后，再用环氧树脂压制完成，套在转轴上，绕组连接线与换向器焊接而成。

5 . 1 . 3总体结构与应用

    由于盘式永磁直流电动机采用径向磁场，又无铁心及齿槽结构，不存在圆柱式结构电动机由于齿槽结构引起的脉动转矩，输出转矩平稳，同时电动机又不存在磁滞和涡流损耗，因而电动机效率较高；由于电动机采用气隙径向分布，因而绕组布置方便，可以选取较高的每极匝数，且电枢绕组电抗小，具有较好的换向性能；转动部分无铁心，转动惯量小，因而具有较好的快速反应，特别是用于频繁起动和制动的场合。另外电枢气隙长度比较大，有利于电动机绕组散热，电动机的热负荷选择的比较大，因而电动机的有效尺寸相对较小。目前这种结构已被广泛应用于录像机、办公自动化器具、计算机外部设备、家用电器及电动自行车的传动系统中。

由于盘式永磁直流电动机轴向尺寸大，因而要求电动机有严格的轴向配合，如果定转子轴向不对称，就容易产生单边磁拉力，这样特别容易造成电枢变形而影响电动机的性能，甚至造成电动机无法运行。为了使盘式永磁直流电动机能很好运行，常常把电动机气隙设计的比较大，这样铁氧体永磁材料必须把永磁体的充磁方向长度加大。如果应用钦铁硼永磁材料时，这个问题就比较容易解决。解决单边磁拉力的一种方法就是采用双边磁场，但这样会使盘式永磁直流电动机的制造工时增加。

5 . 2轴向磁场盘式永磁直流电动机的空载气隙磁场

由于盘式永磁直流电动机的气隙长度较长，因而电枢反应比较弱，一般可不考虑电枢反应的去磁效应，这时空载气隙磁场的分析非常重要。

5 . 2 . 1主磁路计算及空载工作点确定

盘式永磁直流电动机磁场分析比较复杂，仅主磁路就有两条磁路闭合，一条磁路通过气隙从N极出发，经过气隙、磁扼，再经过气隙达到S极，经磁扼返回N极；另一条磁路经过气隙、磁扼和端盖闭合。由于永磁体磁路分布的特殊性，不同半径的磁路长度也不相同，因而增加了磁路计算的复杂性。但由于盘式永磁直流电动机的气隙长度较长，而主磁路不饱和，工程上常常取平均直径处如图5一3的磁路作为盘式永磁直流电动机的总磁路进行计算。假定磁路不饱和，铁心中磁位降忽略，并忽略电枢反应，则。

5 . 2 . 2二维场分析

利用二维磁场有限元分析，不但能分析出磁通分布及磁感应强度分布，而且还可以求得空载漏磁系数和磁感应强度分布系数。如对图54所示的区域进行二维静磁场有限元计算，得到单边磁场和双边磁场的周向分布和轴向分布图（见图5一5）和磁感应强度分布图（见图5一6）。 l沈阳工业大学对不同气隙尺寸和不同永磁体长度h 。的盘式永磁电动机进行了大量计算并给出了如图5一7和图5一8的曲线。