微型永磁直流电动机培训
讲师：黄大绪
培训内容
培训内容
通过本次培训使参加培训人员了解以 下问题： 1.微型永磁直流电动机特点、用途、分 类及工作原理等 2.永磁直流电动机磁路设计 3.永磁直流电动机零部件设计 4.微型永磁直流动机是指用永磁材 料（或加上铁磁材料）制成磁极，以 建立电动机所需要的激磁磁场的一类 直流电动机。
( a ——为并联支路对数)并联支路后，接到外加电压
条
上。那
末，每条并联支路两端的感应电势是相等的，因此，电枢感应电
势
，又由于电动机的每极磁通量 F a = p Da Ld BCP (Wb ，)
p Da n n= (m / s) 60
电枢铁芯外圆的线速度
，式中，n ——为电枢转速
60a
2P
（rpm）。所以，电枢感应电势 E = PF a N a n(V ) a
（8）
PF a N a 60a
（9）
称为电势系数，单位为： 若将公式中的转速 用角速度
； 表示，
而且，得到电势系数 单位为： ；
，
(11）
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Na
第一讲
UN
1.2.4 电动机损耗及能量流程图
电动机的损耗可以分为两类：A、同负载（电磁转矩） 有关的；B、同转速有关的。 A、同负载（电磁转矩）有关的损耗为： (1)电枢线圈的铜损耗 ： ，其中， 为电动 机输入电流， 为电动机电枢电阻。 (2)电刷接触损耗 ：通常用 计算，其 中， ——为一对电刷接触电压降。 (3)换向损耗 ，是换向线圈内的电损耗。该损耗会随 电枢电流（也即负载）的增大而增加。
1.2.2电枢感应电势
若一根导体，在磁通密度为B(单位为：T)的磁场中，并接上外加电压为 的直 流电源后，有电流 流过，导体将受到电磁力F的作用，并以线速度 (单位： )运动， 如图6所示。
图6
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Na
第一讲
1.2.2电枢感应电势
UN
根据法拉第电磁感应定律，运动导体切割磁场的磁力线将产 生感应电势e，感应电势e加上导体电阻r上的电压降 ，同外加电 压 平衡： 感应电势e的大小为： e = BLdn (V ) 式中， ——为导体在磁场中的有效长度，单位为m。 感应电势e的方向可用右手定则确定。 在电机学中，e称运动电势或切割电势或旋转电势。
图4 图5 根据毕奥—萨伐电磁力定律，当磁场与通电导体相互垂直时，如图5所示， 作用在导体上的电磁力为：F=BIaLδ。 电磁力F的单位：N； 通电导体在磁场所处的位置的磁通密度B的单位：T； 电流Ia的单位：A； 通电导体在磁场中的有效长度Lδ的单位：m。
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第一讲
1.2.1电枢电磁转矩
如果在磁场中电枢上有一匝线圈通以不变的电流Ia，那末，由一匝线圈的两个 边产生的电磁力在一个磁极下就形成的电磁转矩的平均值为： （ 1） 其中， — —气隙磁通密度在一个磁极下的平均值，单位T； —电枢导体在气隙中的有效长度（也称计算长度），单位m； —电枢导体中的电流，单位A； —电枢铁芯外圆直径，单位m。 电动机每极的磁通量为： （ 2）
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第一讲
1.2.1电枢电磁转矩
其中，P——电动机的磁极对数，所以， T em = 若电枢的线圈总匝数为 W， W = 矩为
2 Pf a I a ( N ?m) p
Na ，其中， N a ——为电枢的串联总导体数，那末，电枢的电磁转 2
（3）
Tem =
N PF a N a 2 PF a I a a = I a ( N ?m) p 2 p
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第一讲
1.1 特点、用途和分类
（1）特点
微型永磁直流电动机具有结构简单；效率高，出力大；体积 小，重量轻；用铜量少；换向性能较好，以及具有下垂的机械 特性，调速范围宽；起动转矩大等特点。
（2）用途
（3）分类
该类电动机常用于要求起动转矩大，转速范围大的场合。 a.按性能和特性可分为：经济型；精密型；动力型。 b.按运动方式可分为：旋转式和直线式（如音圈电机）。 c. 按结构特点可分：有槽式和无槽式。而无槽式又可分为有 铁芯的和无铁芯的。 d.按是否带有电刷可分为：有刷永磁直流电动机和无刷永磁 直流电动机。
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第一讲
1.2 工作原理
将电能从电网输入电动机后，通过电动机内部的电磁作用转为 机械能，带动机械负载旋转做功。作用在转轴和负载上的转矩，是 由转子线圈中的电流同气隙中的磁场相互作用产生的。而磁场是由 永磁体组成的磁极产生的。 在电动机内部的能量转换过程中，含四种能量形式：电能、机械 能、磁场储能、热能。 上述四种能量之间关系如下：
图1
图2
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第一讲
1.2 工作原理
换向器和电刷的作用——能使线圈边电流方向改变 的作用。
图3
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第一讲
1.2.1电枢电磁转矩
通常在电动机的一个磁极下，气隙磁通沿电枢铁芯外圆圆周分布是不均匀的。 在磁极的中心位置磁通 磁密度B最大，且从磁极中心线位置向两磁极边缘时，磁通 密度逐渐变小，直至为零。磁通密度为零的位置恰好处在两磁极间的几何中心线上。 如图4所示。
电网输入电动机的电能=电动机内部磁场储能的 增量+电动机内部转换为热能的能量损耗+电动 机机械能输出
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第一讲
1.2 工作原理
根据毕奥—萨伐电磁力定律，通电导体在磁场中将受到电磁 力作用，并且电流方向、磁场方向以及电磁力方向符合左手定则。 如图1所示。电动机转子线圈在定子磁场中，线圈两边将受到电磁 力的作用，而形成电磁转矩，如图2所示。
令 KT =
则 Tem = KT I
其中， 称为电磁转矩系数，单位为 。它是直流电动机的主 要参数，在给定负载转矩情况下，它决定了电动机的输入电流值； 它也是直流电动机主要的设计参数。
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第一讲
前述公式（4）可写成：
Ea = KE n(V )
式中 K E =
UN
1.2.3 电磁转矩系数和电势系数
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第一讲
1.2.2 电枢感应电势
a
UN
如果电枢上串联布置有 N 根总导体数，气隙磁场的平均磁通
密度为 度）为
Bcp (T )
，电枢导体在气隙磁场中的有效长度（也称计算长 ，那末，电枢的串联总导体数 的总平均电
2a
Ld (m)
势 E = BCP Ldn Na (V ) ，如果电动机电枢线圈被电刷对称地分成
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第一讲
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1.2.3 电磁转矩系数和电势系数
公式（3）中 的电流 为电枢线圈导体中的电流，如果电 枢绕圈的并联支路数为 ，且电动机的输入电流为I时，那末， 电枢线圈导体中的电流 ，所以，公式（3）又可写成
Tem = PF a N a I 2p a
PF a N a 2p a
（5）
（6）
（7）