高扭矩微电机的设计途径范文

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【摘要】微电机是技术密集行业，其产品应用于各行各业。微电机的总体发展趋势是无刷化、微型化、一体化、永磁化、数字化。从技术和应用角度看，高扭矩、小型化、高稳定性是微电机未来的发展方向，在此提出一套高扭矩微电机的设计思路。

【关键词】微电机；高扭矩；小型化；高稳定性；设计思路

直流微电机以体积小、重量轻、便于控制等优点，被广泛应用于生产消费领域，其性能对系统性能产生重要影响；微电机是技术密集行业，其产品应用于各行各业，信息行业、家用电器、汽车领域、视像处理、工业控制、武器、航空、农业、轻纺、医疗、包装等行业[1]，见图1。近几年，随着国内汽车行业的发展及国内汽车市场的增长，该领域对微电机的需求进一步增加，可是，由于我国的电机行业发展相对较晚，碍于早期国外的技术封锁和我们材料技术的限制，电机行业的发展相对滞后，因此要加大对微电机的研发，这对汽车电子化发展具有很大的意义。如果电机要增大输出（出力）扭矩，就必须要增加电机的体积；近年来我国的材料技术得到了发展突破，我们对电机的设计也沉淀的不少经验，如何在保证电机体积不变的情况下实现电机输出（出力）扭矩的增加将成为一个课题和可能，如果此项目得以成功，则汽车领域针对微电机应用的研发及应用将更加广泛及轻松。微电机的总体发展趋势是无刷化、微型化、一体化、永磁化、数字化。从技术和应用角度看，高扭矩、小型化、高稳定性是微电机未来的发展方向[2]。

1.高转矩设计思路

微电机是永磁同步电动机，而永磁同步电动机的优点除了过励状态可以补偿无功功率外，包括：（1）同步电动机的转速严格遵守n=60f/p，达到精准控制转速的目的；（2）运行稳定性高，当电网电压突然下降，其励磁系统一般会强行励磁，保证电动机运行稳定，而异步电动机转矩则会大幅下降；（3）过载能力比相应异步电动机大；（4）运行效率高，尤其是低速同步电动机，因此永磁同步电机的使用急剧增加。永磁同步电动机可通过对三部分内部结构的设计来提高其电磁转矩。第一，设计永磁体形状，改变其安装方式和磁极数。微电机采用的永磁体使用等半径瓦片形，将磁体分成四片，均匀安装在定子上，磁极增加，其输出转矩更大。第二，电枢结构设计与极靴设计。电枢采用靴式结构，对极靴形状结构和电枢结构进行设计，而且设计的极靴个数增加，此种结构的电机磁极对数增加，转速减小，转矩增大，从而实现高转矩。第三，通过对电机内部线圈绕组绕线方式的设计，实现高转矩。

2.小型化的设计思路

微型永磁同步电动机根据对其电机总体结构进行设计，使得本产品虽然增大了其输出转矩，可是在体积上和重量上与以前的产品没有太大的差异，体积很小，用法兰面螺丝安装。

3.解决稳定性的设计思路

永磁同步电动机的转速严格遵守n1=60f/p，可以精确控制转速，其运行稳定性高，当电网电压突然下降，其励磁系统一般会强行励磁，保证电动机运行稳定，过载能力比相应异步电动机大，运行效率高，尤其是低速同步电动机。在设计时，为了减少电磁干扰，设计电机时电枢安装轴中心对称，以避免气隙不均匀，绕组不对称；使机座的固定可靠，避免机械运转时引起电动机的运转不稳[3]；采用电解片来做电动机的机壳，电源采用端子连接方式，而端子采用0.4mm厚的青铜为材料，内加环形压敏电阻器来提高抗电磁干扰性能。采用上述思路设计为电机，解决目前市场上普通微电机输出扭矩小的缺点，结合本人长期致力研发和生产微电机的经验，吸取国内外微电机研发和制造经验，本设计具有高转矩、体积小、高稳定性等特点，是一种具有我国特点、符合国情，易于推广的微电机，能很好地满足国内市场的要求。同体积的微电机采用该方案后，其转矩提升30%以上。

参考文献

[1]高潮.微电机出口市场巨大[J].中国对外贸易,2005(04).

[2]王耀东,等.内氧化型Ag基换向器合金材料耐磨性研究[J].微特电机,2018(4).

[3]谢志平,等.直流微电机电枢电流特性及故障多特征量研究[J].电机与控制学报,2015(8).

作者：王锐 单位：和平长盛电机有限公司