高扭矩微電機的設計途徑范文

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【摘要】微電機是技術密集行業，其產品應用于各行各業。微電機的總體發展趨勢是無刷化、微型化、一體化、永磁化、數字化。從技術和應用角度看，高扭矩、小型化、高穩定性是微電機未來的發展方向，在此提出一套高扭矩微電機的設計思路。

【關鍵詞】微電機；高扭矩；小型化；高穩定性；設計思路

直流微電機以體積小、重量輕、便于控制等優點，被廣泛應用于生產消費領域，其性能對系統性能產生重要影響；微電機是技術密集行業，其產品應用于各行各業，信息行業、家用電器、汽車領域、視像處理、工業控制、武器、航空、農業、輕紡、醫療、包裝等行業[1]，見圖1。近幾年，隨著國內汽車行業的發展及國內汽車市場的增長，該領域對微電機的需求進一步增加，可是，由于我國的電機行業發展相對較晚，礙于早期國外的技術封鎖和我們材料技術的限制，電機行業的發展相對滯后，因此要加大對微電機的研發，這對汽車電子化發展具有很大的意義。如果電機要增大輸出（出力）扭矩，就必須要增加電機的體積；近年來我國的材料技術得到了發展突破，我們對電機的設計也沉淀的不少經驗，如何在保證電機體積不變的情況下實現電機輸出（出力）扭矩的增加將成為一個課題和可能，如果此項目得以成功，則汽車領域針對微電機應用的研發及應用將更加廣泛及輕松。微電機的總體發展趨勢是無刷化、微型化、一體化、永磁化、數字化。從技術和應用角度看，高扭矩、小型化、高穩定性是微電機未來的發展方向[2]。

1.高轉矩設計思路

微電機是永磁同步電動機，而永磁同步電動機的優點除了過勵狀態可以補償無功功率外，包括：（1）同步電動機的轉速嚴格遵守n=60f/p，達到精準控制轉速的目的；（2）運行穩定性高，當電網電壓突然下降，其勵磁系統一般會強行勵磁，保證電動機運行穩定，而異步電動機轉矩則會大幅下降；（3）過載能力比相應異步電動機大；（4）運行效率高，尤其是低速同步電動機，因此永磁同步電機的使用急劇增加。永磁同步電動機可通過對三部分內部結構的設計來提高其電磁轉矩。第一，設計永磁體形狀，改變其安裝方式和磁極數。微電機采用的永磁體使用等半徑瓦片形，將磁體分成四片，均勻安裝在定子上，磁極增加，其輸出轉矩更大。第二，電樞結構設計與極靴設計。電樞采用靴式結構，對極靴形狀結構和電樞結構進行設計，而且設計的極靴個數增加，此種結構的電機磁極對數增加，轉速減小，轉矩增大，從而實現高轉矩。第三，通過對電機內部線圈繞組繞線方式的設計，實現高轉矩。

2.小型化的設計思路

微型永磁同步電動機根據對其電機總體結構進行設計，使得本產品雖然增大了其輸出轉矩，可是在體積上和重量上與以前的產品沒有太大的差異，體積很小，用法蘭面螺絲安裝。

3.解決穩定性的設計思路

永磁同步電動機的轉速嚴格遵守n1=60f/p，可以精確控制轉速，其運行穩定性高，當電網電壓突然下降，其勵磁系統一般會強行勵磁，保證電動機運行穩定，過載能力比相應異步電動機大，運行效率高，尤其是低速同步電動機。在設計時，為了減少電磁干擾，設計電機時電樞安裝軸中心對稱，以避免氣隙不均勻，繞組不對稱；使機座的固定可靠，避免機械運轉時引起電動機的運轉不穩[3]；采用電解片來做電動機的機殼，電源采用端子連接方式，而端子采用0.4mm厚的青銅為材料，內加環形壓敏電阻器來提高抗電磁干擾性能。采用上述思路設計為電機，解決目前市場上普通微電機輸出扭矩小的缺點，結合本人長期致力研發和生產微電機的經驗，吸取國內外微電機研發和制造經驗，本設計具有高轉矩、體積小、高穩定性等特點，是一種具有我國特點、符合國情，易于推廣的微電機，能很好地滿足國內市場的要求。同體積的微電機采用該方案后，其轉矩提升30%以上。

參考文獻

[1]高潮.微電機出口市場巨大[J].中國對外貿易,2005(04).

[2]王耀東,等.內氧化型Ag基換向器合金材料耐磨性研究[J].微特電機,2018(4).

[3]謝志平,等.直流微電機電樞電流特性及故障多特征量研究[J].電機與控制學報,2015(8).

作者：王銳 單位：和平長盛電機有限公司