永磁直流动机设计.doc

二零零四届毕业设计二零零四届毕业设计 湖湖 南南 工工 程程 学学 院院 永磁直流电动机设计永磁直流电动机设计1目目 录录前言 ………………………………………………………………………………2第一章 概述………………………………………………………………………4第二章 永磁材料的性能及选择…………………………………………………5第三章 直流永磁电机工作原理及设计特点……………………………………123.1 永磁电机的工作原理………………………………………………………123.2 永磁电机的设计特点………………………………………………………13第四章 电磁方案设计 …………………………………………………………164.1 设计依据……………………………………………………………………164.2 主要尺寸及永磁体尺寸选择………………………………………………164.3 电枢冲片及电枢绕组………………………………………………………194.4 磁路计算……………………………………………………………………244.5 负载工作点计算……………………………………………………………264.6 换向计算……………………………………………………………………274.7 最大去磁校核………………………………………………………………294.8 工作特性……………………………………………………………………31第五章 电机结构设计及工艺性分析……………………………………………345.1 电机结构设计………………………………………………………………345.2 电机制造工艺的特点………………………………………………………365.3 电机工艺规程的制订原则…………………………………………………375.4 工艺方案的经济评价………………………………………………………385.5 工艺性分析…………………………………………………………………39总 结………………………………………………………………………………43附 录………………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………………二零零四届毕业设计二零零四届毕业设计 湖湖 南南 工工 程程 学学 院院 永磁直流电动机设计永磁直流电动机设计2永磁直流电动机设计永磁直流电动机设计摘要摘要：设计介绍了永磁直流电动机的发展过程及其发展趋势；主要是对其参数的选择以及计算进行了介绍，也对其工艺性作了分析；同时，也对一些新兴的永磁材料的性能及其选择应用作了详细的介绍。

关键词关键词：永磁电机 直流电动机 永磁材料 电磁设计 工艺分析Design of permanent magnet DC motorAbstract：The design introduced development process and its development trends of the permanent magnet DC motor; Primarily is as to it's choice and calculations of the parameter proceeded the introduction, and also as to it's the craft made the analysis；At the same time, also made the detailed introduction to function and its choice applications of the some newly arisen the material of permanent magnet DC.Keywords：permanent magnet motor；DC motor； permanent magnet material； electromagnetism design；craft analysis前前 言言随着国民经济的发展、科学技术的进步和人民生活永平的提高，都对电机的性能提出了许多新的更高的要求。

而新材料，特别是高性能稀土永磁材料的问世和不断完善，以及电力电子技术的发展，为满足这些要求提供了可能电机内赖以进行机电能量转换的气隙磁场，可以由电流励磁产生，也可以由永磁体产生前者需要不断供给能量以维持电流流动，后者只需一次充磁可维持永磁体周围的磁场基本不变这既可简化结构，又可节约能量19世纪 20 年代出现的世界上第一台电机就是永磁电机，但当时手忙脚乱永磁材料的磁性能很低，不久被电励磁电机所取代进入 20 世纪以来，各种永磁材料不断出现，特别是 60 年代和 80 年代，随着铝镍钴永磁、铁氧体永磁，特别是稀土永磁的相继问世，它们的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积和线性退磁曲线的优异磁性能特别适合制造电机稀土永磁电机不仅可以取代许二零零四届毕业设计二零零四届毕业设计 湖湖 南南 工工 程程 学学 院院 永磁直流电动机设计永磁直流电动机设计3多传统的电励磁电机，而且可以实现传统的电励磁电机所难以达到的高性能，从而使永磁电机的发展进入一个新的历史。

与电励磁电机相比，永磁电机，特别是稀土永磁电机具有结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点目前永磁电机的功率小至 mW 级，大至 1000kW 级，最高转速已超过 300,000r/min，最低转速低于0.01r/min，最小电机的外径只有 0.8mm，长 1.2mm，在工农业生产、航空航天、国防和日常生活中得到广泛应用，产量急剧增加汽车工业是永磁电动机的最大用户在汽车制造工业中，电机性能的好坏对整车质量起着致关重要的作用汽车厂家在进行装配之前必须对配件厂家生产的各种电机进行一系列的严格检测，以确保这些电机的质量这就要求永磁电机生产厂家对电机的性能指标达能够达到汽车工业所需电机的要求与此同时，随着计算机硬件和软件技术的迅猛发展心脏电磁场数值计算、优化设计和仿真技术等现代设计方法的不断完善，经过电机学术界和工程界的共同努力，在永磁电机的设计理论、计算方法、结构工艺和控制技术等方面都取得了突破性进展，形成了以电磁场数值计算和等效磁路解析求解相结合的一整套分析研究方法和计算机辅助分析、设计软件本次毕业设计由电气与信息工程系老师谢卫才任指导设计过程中谢老师对本课题组给予了热心的指导和热情的帮助，在此对谢老师谨致诚挚的谢意。

由于本人永平有限，说明书中难免会出现疏忽甚至错误，敬请谅解，并恳请给予批评指正，谢谢！编者：詹奕相2004 年 6 月 18日二零零四届毕业设计二零零四届毕业设计 湖湖 南南 工工 程程 学学 院院 永磁直流电动机设计永磁直流电动机设计4第一章第一章 概述概述1.11.1 永磁电机的发展永磁电机的发展电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置而磁场可以由电流激励产生，也可以由永磁体产生前者需要不断的供给能量以维持电流流动，后者只需一次充磁可维持永磁体周围的磁场基本不变这既可简化电机结构，又可节约能量19 世纪 20 年代出现的世界上第一台电机就是由永磁体产生励磁的磁场的永磁电机但当时所用永磁材料的磁能密度很低，所制成电机的体积庞大，因而不久被电励磁电机所取代进入 20 世纪以来，各种永磁材料不断出现，特别是 60 年代和 80 年代，稀土钴永磁和钕铁硼永磁相继问世，它们的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积和线性退磁曲线的优异磁性能特别适合于制造电机。

稀土永磁电机不仅可以取代许多传统的电励磁电机，而且可以实现传统电机所难以达到的高性能，从而是永磁电机的发展进入了一个新的历史时期 （钕铁硼永磁材料是 1983 年问世的高性能它的磁性能高于稀土钴永磁室温下剩余磁感应强度 Br 现可高达 1.47T，磁感应矫顽力 Hc 可高达 992 kA/m ,最大磁能积高达 397.9kJ/m3, 是目前磁性能最高的永磁材料由于钕在稀土中的含量是钐的十几倍，资源丰富，铁、硼的价格便宜，又不含战略物资钴，因此价格比钴永磁便宜的多，问世以来在工业和民用的电机中迅速得到推广和应用钕铁硼永磁材料的不足之处是居里温度较低，一般在310~41C 之间；因而在高温下使用时磁损失较大由于含有大量的铁和钕，容易锈蚀也是它的一大弱点所以要对其表面进行涂层处理，目前常用的涂层有环氧树脂喷涂、电泳和电镀等，一般涂层厚度为 10~40um.）目前稀土永磁电机的单台容量已经超过 1000KW，最高转速已经超过300，000r/min，最低转速低于 0.01r/min,最小电机的外径只有 0.8mm,长1.2mm1.21.2 永磁直流电动机的发展永磁直流电动机的发展永磁直流电动机是由永磁体建立励磁磁场的直流电动机。

它除了具有二零零四届毕业设计二零零四届毕业设计 湖湖 南南 工工 程程 学学 院院 永磁直流电动机设计永磁直流电动机设计5普通电励磁直流电动机所具备的下垂的机械特性、线性的调节特性、调速范围宽和便于控制等特点外，还具有体积小，效率高、用铜量少、结构简单和运行可靠等优点配上稳速器后还可适用在电源电压和负载变动情况下要求转速稳定的场合因而在家用电器、办公机械、电动工具、医疗器械、精密机床、自行车、摩托车、汽车和计算机外围设备等方面都得到了广泛应用随着钕铁硼等高性能永磁材料的发展，永磁直流电动机正从微型和小功率电机向中小型电机扩展永磁直流电动机种类根多，分类方法也多种多样一般按用途可分为控制用和传动用按运动方式和结构特点又可分为直线式和旋转式，其中旋转式包括有槽结构和无槽结构有槽结构包括普通永磁直流电动机和永磁直流力矩电动机：无槽结构包括有铁心的无槽电枢永磁直流电动机和无铁心的空心杯电枢直流电动机、印制绕组永磁直流电动机及线绕盘式电枢永磁直流电动机。

功率在 300W 以内时，永磁直流电动机的效率比同规格电励磁直流电动机的高 10％～20％而且，电机功率越小，励磁结构占总体积的比例和励磁损耗占总损耗比例都越大，永磁直流电动机的优点尤为突出采用铁氧体永磁时总成本一般比电励磁电机低因而从家用电器、便携式电子设备、电动工具到要求有良好动态性能的精密速度和位置传动系统(如计算机外围设备、录像机等)都大量应用永磁直流电动机据资料报导，500W 以下的微型直流电动机中，永磁电机占 92％，而 lOW 以下的永磁电机占 99％我国已开发出功率为 0.55～220kW、电压为 160V 和 400V 的钕铁硼永磁直流电动机系列，与同规格的电励磁直流电动机相比，效率可提高 6％，还可节约铜材30％~40％、硅钢片 10％～20％汽车工业是永磁电机的最大用户汽车用电机的要求是质量轻、效率高、控制性能好、可靠性高，永磁直流电动机正好能满足这些要求，有的价格也最便宜电机是汽车的关键部件，可以说，离开了电机就谈不上汽车的现代化一辆超豪华轿车上，各种。