電機(jī)電樞疊片厚度的計(jì)算方法
張春禮（天津市勃海無線電廠）
1引言
在航空產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量滿足體積小和重量輕的要求。因?yàn)轱w機(jī)特種設(shè)備增加1kg重量，飛機(jī)總的結(jié)構(gòu)重量就需增加8kg。因此，飛機(jī)上的電氣設(shè)備必須考慮效率、材料的利用程度、成本經(jīng)濟(jì)等因素。文中介紹的方法對電機(jī)、變壓器的計(jì)算都是適用的。
2電樞疊片厚度的確定
當(dāng)鐵心中存在交變磁通時，鐵心內(nèi)部電場的存在使鐵心中有渦流（見圖1），渦流的存在不僅損耗能量而且還有去磁的作用。
2.1渦流損耗與疊片厚度的關(guān)系
圖1所示為一鐵心截面，i為繞組中的激磁電流。假如在某一瞬間激磁電流i按圖中所示方向增加，則鐵心中的磁通將向紙內(nèi)方向增加。它使鐵心中感生渦流δe，渦流方向和磁通增加的方向相反，因此δe的瞬間方向如圖中所示。
渦流損耗的功率根據(jù)下式計(jì)算。
式中V——鐵心的體積
f——電源頻率
r——鐵心材料的電導(dǎo)系數(shù)
Bm一一一交變磁感應(yīng)強(qiáng)度的****振幅
d——疊片厚度
從式(1)可見，渦流損耗與疊片厚度的平方成正比。
2.2渦流的去磁作用
渦流除去形成一部分能量損耗外，還有減弱磁場的作用。
例如有一矩形槽電樞鐵心，如圖2所示，設(shè)鐵心的磁勢為Fm，礅路的平均長度為l，則疊片表面的磁場強(qiáng)度的復(fù)數(shù)振幅平均值為：
疊片內(nèi)部的磁場強(qiáng)度是和式(2)所代表的數(shù)值是不同的，因?yàn)樵谟?jì)算疊片內(nèi)部的場強(qiáng)時要考慮渦流的影響。
當(dāng)疊片的平均長度l和寬度遠(yuǎn)大于它的厚度d時，可以認(rèn)為疊片內(nèi)部的場強(qiáng)與x和y無關(guān)，而僅是z的函數(shù)。圖2疊片內(nèi)的磁場強(qiáng)度僅有y方向的分量。設(shè)復(fù)數(shù)振幅為Hm，場強(qiáng)變化一周時鐵心中的磁導(dǎo)率μ保持不變。
為了看出磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm隨疊度厚變的變化，引用磁感應(yīng)振幅公式：
根據(jù)式(3)作出磁感應(yīng)強(qiáng)度振幅分布的Bm～2kz曲線，如圖3所示。
從圖3可見，即使不考慮不同的名時磁感應(yīng)相位的變化，而只注意其振幅變化，也能看到渦流的去磁作用。在z=±d/2即2kz=±kd，如磁感應(yīng)強(qiáng)度就是鐵心內(nèi)靠近表面處的磁感應(yīng)，它的振幅是Bme=μHme
假如沒有渦流的去磁作用，整個疊片中的磁感應(yīng)強(qiáng)度的振幅應(yīng)都等于這個值。但渦流的去磁作用使靠近疊片中的磁場較表面的磁場為弱，越大，這種現(xiàn)象越顯著。
從式(4)中可見，志與頻率及電導(dǎo)系數(shù)y的平方根成正比。因此渦流的去磁作用是隨疊片厚度和材料的電導(dǎo)系數(shù)的增長而愈趨顯著。
從圖3可見，當(dāng)kd<1時，疊片表面和中心磁感應(yīng)強(qiáng)度差異很小。當(dāng)kd>2時差異十分大。由于渦流損耗和渦流的去磁作用都和疊片的厚度有關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)不同電源頻率的陀螺機(jī)時，應(yīng)該對硅鋼片的厚度進(jìn)行計(jì)算，最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用系列中的標(biāo)準(zhǔn)厚度。
從圖3的瞄線中可以得到計(jì)算硅鋼片厚度的依據(jù)，即為：
3陀螺電機(jī)硅鋼片厚度計(jì)算實(shí)例
已知：電流頻率f=500Hz求：硅鋼片厚度d，根據(jù)式(4)得：K=4.43(mm)-1
由式(5)得：
用44硅鋼片，并選系列中的標(biāo)準(zhǔn)厚度d=0. 2mm。
試驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)品性能很好，額定轉(zhuǎn)速n，額定電流iD，慣性行走時間t、起動電流i0及效率η都符合設(shè)計(jì)要求。
無刷伺服電機(jī)
BL系列筒形無刷伺服電機(jī)采用了稀土永磁材料，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子輕，加速度達(dá)93000rad/s2，速度為8000r/min，輸出連續(xù)轉(zhuǎn)矩可達(dá)44Nm。獨(dú)特的磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)允許過載電流8倍而不產(chǎn)生退磁現(xiàn)象。另一種MA系列扁平式伺服電機(jī)在設(shè)計(jì)中采用了一個薄薄的玻璃纖維轉(zhuǎn)子，其失速轉(zhuǎn)矩為24. 3lNm，在轉(zhuǎn)速為3000r/min時****轉(zhuǎn)矩達(dá)150Nm。
(杜宗瀠譯自《Machine Design》V01. 64No. 15，1992)
|
