無刷直流永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢分析

無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)是由一塊或多塊永磁體建立磁場的直流電動(dòng)機(jī)，其性能與恒定勵(lì)磁電流的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相似，可以由改變電樞電壓來方便地調(diào)速。

與他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)相比，具有體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、用銅量少等優(yōu)點(diǎn)，是小功率直流電動(dòng)機(jī)的主要類型。永磁無刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是機(jī)械產(chǎn)品與電工產(chǎn)品有效融合的特殊產(chǎn)物，是一種發(fā)展和進(jìn)步的標(biāo)志，也是一種時(shí)代特征產(chǎn)品。

1、按裝配方式分類及優(yōu)勢比較

無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)可以制作成整體式或分裝式兩種類型的結(jié)構(gòu)。整體式電動(dòng)機(jī)提供了包括軸承、轉(zhuǎn)軸、殼體和固定裝置等在內(nèi)的全套電動(dòng)機(jī)裝置。另外，電動(dòng)機(jī)制造公司能夠根據(jù)用戶的具體要求，提供特殊的殼體。例如，可以把電動(dòng)機(jī)的安裝法蘭鑄造成特殊的結(jié)構(gòu)形狀。整體式結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)除了便于用戶安裝和維修外，還可以為用戶節(jié)省入廠登記管理、存儲(chǔ)和裝配調(diào)試等勞力和費(fèi)用。

分裝式結(jié)構(gòu)為無殼體的或無框架的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)制造公司根據(jù)用戶的具體要求，只提供電動(dòng)機(jī)的有關(guān)零部件。電動(dòng)機(jī)的有關(guān)零部件全部由用戶直接把它們封裝入最終產(chǎn)品內(nèi)。這樣，可以消除聯(lián)軸節(jié)和某些機(jī)械構(gòu)件，避免引入不希望的機(jī)械諧振，以便使最終產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)伺服頻帶更寬和剛度更高等優(yōu)點(diǎn)。

2、轉(zhuǎn)子類式結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢對比

內(nèi)轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)

一般而言，電動(dòng)機(jī)的定子在外面，轉(zhuǎn)子在里面。在傳統(tǒng)的有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)中，定子磁場在外面，轉(zhuǎn)子電樞在里面。無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)后，使電樞從里面走到外面，由轉(zhuǎn)子變成了定子。這種結(jié)構(gòu)稱之為“內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)”。

外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)

在實(shí)際使用中，有時(shí)為了滿足某些電子機(jī)械的特殊技術(shù)要求，把無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的定子電樞做在里面，而把帶永磁體的轉(zhuǎn)子做在外面，我們把這種結(jié)構(gòu)稱之為“外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)”或稱之為“內(nèi)定子結(jié)構(gòu)”。

雙定轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)

雙定轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)實(shí)際上是在內(nèi)部被相互套配的兩臺電動(dòng)機(jī)，它具有兩個(gè)轉(zhuǎn)子、兩個(gè)定子和兩個(gè)工作氣隙，外面的一臺電動(dòng)機(jī)是外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)，里面的一臺電動(dòng)機(jī)是內(nèi)轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)。根據(jù)內(nèi)外轉(zhuǎn)子上永磁體的不同配置，又有N-N型和NS型兩種結(jié)構(gòu)。

（1）在NN型結(jié)構(gòu)中，電樞繞組為背對背繞制的環(huán)形線圈，具有一個(gè)公共的定子磁軛。內(nèi)外永磁體的N極發(fā)出的徑向磁通，各自通過內(nèi)外氣隙，各自穿過環(huán)形電樞線圈，進(jìn)入公共的定子磁軛，再各自穿出背對背繞制的環(huán)形電樞線圈，各自通過內(nèi)外氣隙，各自到達(dá)內(nèi)外永磁體的S極，然后內(nèi)外徑向磁通經(jīng)過內(nèi)外轉(zhuǎn)子磁軛，分別與內(nèi)外起始永磁體的N極閉合。

在這種結(jié)構(gòu)類型的電動(dòng)機(jī)中，由于相對內(nèi)部氣隙表面的電樞電流和磁通方向和相對外部氣隙表面的電樞電流和磁通方向是相反的，所以由電樞線圈內(nèi)流過的電流和永磁體產(chǎn)生的磁通之間的相互作用在內(nèi)外氣隙中所產(chǎn)生的內(nèi)外電磁切向力的方向是一致的，這意味著：電動(dòng)機(jī)的總電磁力矩等于內(nèi)部電動(dòng)機(jī)的電磁力矩和外部電動(dòng)機(jī)的電感力矩之和。因此，這種具有雙定轉(zhuǎn)子、徑向磁通和環(huán)形電樞線圈結(jié)構(gòu)形式的無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)，能夠獲得較高的力矩密度和功率密度，在許多驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，尤其在宇航技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，必將得到廣泛的重視和應(yīng)用。

（2）在NS型結(jié)構(gòu)中，外部永磁體的N極發(fā)出的徑向磁通，通過外部氣隙，穿過電樞線圈，進(jìn)入內(nèi)部氣隙，到達(dá)內(nèi)部永磁體的S極，經(jīng)過內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛，到達(dá)內(nèi)部永磁體的下極；內(nèi)部永磁體的N極發(fā)出的徑向磁通，通過內(nèi)部氣隙，穿過電樞線圈，進(jìn)入外部氣隙，到達(dá)外部永磁體的S極，再經(jīng)過外轉(zhuǎn)子磁軛，然后與外部起始永磁體的N極閉合。因此，在N-S型結(jié)構(gòu)中，不需要定子磁軛。有時(shí)采用非磁性支架，也僅是為了增加電樞的機(jī)械強(qiáng)度。在N-S型結(jié)構(gòu)中，電樞繞組不能采用背對背繞制的環(huán)形線圈，而應(yīng)采用一套一般形式的疊繞組或波繞組。