简述永磁电机的体积与电磁转矩关系.doc

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简述永磁电机的体积与电磁转矩关系

一、电机体积与电磁转矩成正比

1、相关物理量

额定转速：

电磁功率（计算功率）：

电机将电能（机械能）转换成机械能（电能），能量都是以电磁能的形式通过定转子间的气隙进行传递的，与之相对应的功率称为电磁功率。

电磁功率在电机设计中用计算功率表示（）

电机的主要尺寸

铁心尺寸

绕组尺寸其它尺寸大体确定

电机的几何尺寸外形尺寸主要尺寸电磁性能变化不大

安装尺寸（D、、）电机矢量确定

结构部件尺寸

D即：

永磁电机电枢直径（定子内径）

电机的几何尺寸很多，有铁心尺寸、绕组尺寸、外形尺寸、安装尺寸，其它各种结构部件的尺寸。

但是究竟哪些是主要尺寸：

电机的电磁过程主要是在气隙中进行的，其能量形式的转换则是通过“气隙主磁通”进行的。

因此主要尺寸就必定与气隙有密切关系。

实践证明，靠近气隙的电枢直径（D）与铁心有效长度（）是电机的主要尺寸，而气隙可以说是第三个尺寸。

从几何角度看，这些尺寸一经确定了，其它尺寸就大体上确定了，而且电磁性能也就基本上为它们左右或稍许变动。

2、永磁电机中主要尺寸关系

（1）电机计算功率：

式中

m──电枢绕组相数；

E──电枢绕组相电势；

KNm──气隙磁场波形系数，当气隙磁场正弦分布时；

；

f──电流频率；

N──电枢绕组每相串联匝数；

Kdp──电枢绕组系数；

Φ──每极磁通（韦）。

Bδ──气隙磁密最大值（T）；

Bδav──气隙磁密平均值；

──计算极弧系数；

lef──电枢计算长度；

τ──极距（米）；

I──电枢绕组相电流。

注：

电负荷A：

D──电枢直径（米）；

（2）的关系

把上面各关系代入计算功率公式可得：

对一定功率和转速范围内的电机，Bδ、、A变动范围不大，、KNm、Kdp变化范围更小，CA一般为常数。

3、重要结论

注：

式中相当于电机的截面积乘以电机的电枢长度，即电机的体积；代表电机的功率与转速的比值，其正比于电机的电磁转矩。

从推导出关系式得出如下结论：

（1）电机的主要尺寸决定于：

计算功率P’与转速n之比或计算转矩T’；

说明：

在其它条件相同时，计算转矩相近的电机所消耗的有效材料相近，功率大、转速高与功率小、转速低的电机其相近，则电机体积是接近的。

二者可采用相同的电枢直径与某些其它尺寸。

（2）、KNm、Kdp一般变化不大

电机的主要尺寸在很大程度上和选择的A、Bδ有关，A、Bδ↑，电机的尺寸就愈小。

二、电磁转矩与电机转速无直接关系

图1电磁力定律原理示意图

电磁力定律是电机电磁转矩的产生的理论依据，其定义如下。

电磁力定律：

载流导体在磁场中要受到力的作用，方向用左手定则判定。

其计算公式可表示为f=Bil。

电机是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械装置，在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一个力矩，我们称之为电磁转矩，电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。

并且通过图2中的电机电磁场仿真模型我们也可以清楚看出，电机的电磁转矩产生是磁力线与导体耦合的结果。

图2永磁电机电磁场仿真模型

通过上述分析我们可以非常容易的得出如下结论，电机的电磁转矩与电机中的电流、磁场和导体长度成正比，而与电机的转速没有直接关系。

三、结论

综上所述：

1、电机体积与电磁转矩成正比；

2、电磁转矩与电机转速无直接关系。

因此，我们可以得出如下结论，对于两台转矩相同的永磁电机，其电机体积应基本一致。

但是，由于电机的功率正比于电机转速与转矩的乘积，所以对于转矩相同的电机，电机的体积基本是一致的，但其功率确不一定相同，其功率大小与电机的转速成正比例关系变化。