精密直流永磁电动机精讲

本课适合哪些人学习：

1、电机电磁设计工程师；

2、电机电磁、电控设计工程师；

3、在校老师、本科/研究生；

4、电机从业人员；

你会得到什么：

1、课程围绕精密直流永磁电动机的电磁理论展开，详细讲解了空杯电枢有刷直流永磁电动机、无槽无刷直流永磁电动机、直流永磁电动机的振动和噪声；

2、空杯电枢有刷直流永磁电动机主要包括：直绕组/斜绕组/菱形绕组/六角形绕组的基本公式（平均反电动势/平均电枢电流/平均电磁转矩/理想空载转速）、稳态运行性能（机械特性/输出功率特性/效率特性）、起动过程、发热和冷却、电枢反应、换向、设计考虑、设计例题等；

3、无槽无刷直流永磁电动机主要包括：运行机制（有/无转子位置传感器）、星形/三角形连接菱形绕组的平均电磁转矩/平均反电动势/平均电枢电流/理想空载转速、稳态运行性能（机械特性/输出功率特性/效率特性）、起动过程和振荡特性、发热特性、设计考虑等；

4、直流永磁电动机的振动和噪声主要包括：有刷直流永磁电动机的噪声（机械噪声/电磁噪声/齿槽效应力矩/反电动势脉动噪声/磁致伸缩力）、无刷直流永磁电动机的噪声（高次谐波电磁转矩脉动/齿槽效应力矩/磁场取向电磁转矩脉动/换相电磁转矩脉动/单相磁拉力）、振动和噪声的测量等；

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课程介绍：

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第一章 永磁材料/永磁体/磁路/磁铁工作图

1 永磁材料

1.1 物质的磁化

1.2 磁滞回环和去磁曲线

1.3 回复线

1.4 本征去磁曲线

2 永磁体

2.1 如何选择永磁材料

2.2 如何估算永磁体的中性截面积和沿着磁化方向的长度

3 磁路&磁铁工作图和永磁体的最佳工作点

4 永磁体的稳定

4.1 永磁体的理化稳定性

4.1.1 热稳定性

4.1.2 化学稳定性

4.1.3 时间稳定性

4.2 永磁体在电动机运行过程中的稳定问题

4.2.1 空气稳定

4.2.2 起动稳定

4.2.3 正反转稳定

第二章 空心杯电枢有刷直流永磁电动机

1 空心杯电枢有刷直流永磁电动机的结构

2 一般有刷直流电动机的电枢绕组

2.1 基本概念

2.2 单叠绕组

2.3 单波绕组

2.4 电枢绕组的对称

2.5 单叠绕组和单波绕组的主要区别

3 空心杯电枢绕组

3.1 直绕组

3.2 斜绕组

3.3 菱形绕组

3.4 六角形绕组

4 空心杯电枢有刷直流永磁电动机的基本公式推导

4.1 基本理论

4.2 直绕组的基本公式

4.3 斜绕组的基本公式

4.4 菱形绕组的基本公式

4.5 六角形绕组的基本公式

4.6 四种空心杯电枢绕组基本公式汇总

5 空心杯电枢有刷直流永磁电动机的稳态运行性能

5.1 机械特性

5.2 输出功率特性

5.3 效率特性

6 起动过程

7 空心杯电枢有刷直流永磁电动机的发热和冷却

7.1 最大耗散功率

7.2 最大负载电流

7.3 发热和热时间常数

7.4 冷却

7.5 间歇运行状态

8 电枢反应

9 换向

9.1 基本概念

9.2 换向元件内的电动势

9.2.1 电抗电动势

9.1.2 旋转电动势

9.3 换向元件内的电阻

9.4 换向元件内的电流

9.5 换向区域的宽度

9.6 改善换向的方法

9.6.1 增大换向元件闭合回路内的电阻

9.6.2 减小自感电动势和旋转电动势

9.6.3 选用奇数电枢绕组元件和奇数换向片

9.6.4 移动电刷的位置

9.6.5 压敏电阻

9.6.6 电容灭弧(CLL)技术

10 空心杯电枢有刷直流永磁电动机的设计考虑

10.1 主要技术要求

10.1.1 一般技术要求

10.1.2 空载电流

10.1.3 起转电压

10.1.4 转动惯量

10.1.5 机电时间常数

10.1.6 转速稳定度

10.1.7 电磁兼容

10.1.8 噪声

10.19 振动、冲击等机械环境因素

10.2 主要尺寸的决定

10.3 所需永磁体体积的估算

11 设计例题

11.1 主要技术指标

11.2 主要尺寸的决定

11.3 所需永磁体体积的估算

11.4 磁路系统的结构设计

11.4.1 外定子方面的尺寸

11.4.2 内定子方面的尺寸

11.4.3 空心杯电枢的尺寸

11.5 磁路计算

11.6 电枢绕组设计

11.7 换向

11.8 主要特性参数

11.9 损耗       

第三章 无槽无刷直流永磁电动机

1 无槽无刷直流永磁电动机的结构

2 无刷直流永磁电动机的运行机制

2.1 有转子位置传感器的无刷直流永磁电动机的运行机制

2.1.1 电子换向的过程和特征

2.1.2 霍尔传感器的配置

2.2 无转子位置传感器的无刷直流永磁电动机的运行机制

2.2.1 转子位置的检测

2.2.2 转子从静止状态起动

3 基本公式的推导

3.1 星形连接的三相对称菱形电枢绕组的基本公式

3.1.1 平均电磁转矩

3.1.2 平均反电动势

3.1.3 平均电枢电流

3.1.4 理想空载转速

3.2 三角形连接的三相对称菱形电枢绕组的基本公式

3.2.1 运行机制

3.2.2 反电动势过零点检测

3.2.3 平均电磁转矩

3.2.4 平均反电动势

3.2.5 平均电枢电流

3.2.6 理想空载转速

4 无槽无刷直流永磁电动机的稳态运行性能

4.1 机械特性

4.2 输出功率特性曲线

4.3 效率特性曲线

5 起动过程和振荡特性

6 无槽无刷直流永磁电动机的发热特性

6.1 最大耗散功率

6.2 最大负载电流

6.3 发热和热时间常数

7 无槽无刷直流永磁电动机的设计考虑

7.1 无槽无刷直流永磁电动机的主要尺寸的决定

7.1.1 三相电枢绕组成星形连接的电动机的主要尺寸的决定

7.1.2 三相电枢绕组成三角形连接的电动机的主要尺寸的决定

7.2 估算所需永磁体的体积

第四章 直流永磁电动机的振动和噪声

1 有刷直流永磁电动机的噪声

1.1 有刷直流永磁电动机的机械噪声

1.1.1 电刷噪声

1.1.2 轴承噪声

1.1.3 采用哑声材料来降低轴承发出的噪声

1.1.4 空心杯电枢绕组转子的制作

1.2 有刷直流永磁电动机的电磁噪声

1.2.1 基本理论

1.2.2 齿槽效应力矩的产生机理和抑制措施

1.2.3 反电动势脉动噪声的产生机理和抑制措施

1.2.4 磁致伸缩力

2 无刷直流永磁电动机的噪声

2.1 高次谐波电磁转矩脉动

2.2 齿槽效应力矩

2.3 高次谐波电磁转矩与齿槽效应力矩之间的关系

2.4 减小齿槽效应力矩和电磁转矩脉动的方法

2.4.1 选择具有高的最小公倍数的槽数和磁极数的组合

2.4.2 尽可能地选择分数槽绕组

2.4.3 定子槽开口宽度对齿槽效应力矩的影响

2.4.4 磁极宽度对齿槽效应力矩和电磁转矩脉动的影响

2.4.5 磁极偏心对齿槽效应力矩和电磁转矩脉动的影响

2.4.6 定子铁心齿冠开设辅助槽口对齿槽效应力矩和电磁转矩脉动的影响

2.4.7 定子铁心或转子永磁体的扭斜

2.4.8 改变永磁体的磁化方向

2.4.9 增大工作气隙的长度

2.5 磁场取向电磁转矩脉动

2.5.1 无刷直流永磁电动机的电枢反应

2.5.2 磁场取向电磁转矩脉动的估算

2.5.3 减小磁场取向电磁转矩脉动的方法

2.6 换相电磁转矩脉动

2.6.1 换相电磁转矩脉动的分析

2.6.2 减小换相引起的电磁转矩脉动的方法

2.7 脉宽调制(PWM)驱动过程中引发的振动和噪声

2.8 单向磁拉力

2.8.1 例题1

2.8.2 例题2

3 振动和噪声的测量

3.1 噪声的测量

3.1.1 噪声的物理度量

3.1.2 噪声测试的仪器

3.2 振动的测量

3.2.1 压电式振动传感器

3.2.2 电磁感应式振动传感器

3.3 振动和噪声测量的实施

第五章 直流永磁电动机的选择

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