单相串激电动机

单相串激电动机电磁设计

     在产品开发过程中，不同的人去完成同样一个产品设计任务，一定是会有不同的设计方案，但都能达到满足设计要求的目的。这就是产品设计问题是一个多解的问题，而不是一个唯一解的问题。在当前市场经济环境下，市场竞争非常激烈，除了产品的性价比要有优势外，还有重要的一点就是产品开发周期短，以尽快满足用户配套需求，否则将会失掉市场。因此，在产品开发过程中，要应该以用户为中心，及时同用户沟通，多、快、好、省地完成产品设计和开发任务。
1.1产品开发中设计指导思想
1）尽量利用现在相近产品工艺和工艺装备条件。
2）并利用现在相近产品的零部件。
3）尽量利用现有库存原材料。
4）设计方案在满足使用要求的前提下，应该便于批量生产，尽量降低操作者的劳动强度，提高生产效率和产品合格率。
5）设计方案应充分考虑产品规格延伸的可能性，比如功率的延伸，转速的延伸，电压等级的延伸，以及是否双重绝缘延伸。
1.2在产品开发中根据不同的情况采用的设计方法
1.2.1用户提供样机的情况
A）保持外形和安装尺寸不变，且性能应不低于用户样机的设计
对用户样机进行非破坏性测绘和综合分析。
1）对用户样机进行性能测试。对用户样机测试的性能参数有：电压、频率、输入功率、输入电流、输出功率、转速、功率因数、效率等等。
2）测量用户样机的定子绕组和转子绕组电阻
3）测量用户样机的温升。按用户所要求的电机工作制进行温升测量。除了工作制外，用户要求还有以下几种：
a）保持电机的输入功率不变；
b）保持电机的输入电流不变；
c）保持电机输出转矩不变。
4）测量用户样机定子铁芯和转子铁芯长度，转子铁芯外圆、定子铁芯外圆，定子磁极极弧角度，气隙长度，定子铁芯轭宽，转子铁芯齿宽，转子铁芯轴孔，以及换向器外圆和内孔；数出转子铁心槽数和换向器片数；判断电机是否是双重绝缘；测量并估计用户样机定子绕组和转子绕组和线径，以便作参改。上述测量应在不破坏用户样机的情况下进行，有的项目若无法测量，则可以不进行测量。
5）根据测试和测量的结果进行综合分析后，选择已有的同用户样机相接近的冲片，进行电磁设计，以便在保持电机的外形尺寸和安装尺寸不变的情况下达到不低于用户样机的性能要求。
B）保持安装尺寸不变，尽量保持外形尺寸不变，但用户希望性能比样机好的设计
根据上述测试和测量的结果进行综合分析后，选择已有的同用户样机接近的电机，按用户希望的性能进行试验。再根据测试数据和结果进行综合分析，选择的电机冲片进行电磁设计，但是应保持用户样机的安装尺寸尽可能不变，并且在径向方向的外形尺寸不超出用户样机的外形尺寸，而在轴方向上的外形尺寸可征求用户的意见少许变更。总之，应保证用户能使用上该电机。
C）保持安装尺寸，但用户对性能提出新的要求，允许外形尺寸作稍许许调整的设计
除了对用户样机进行像A）那样的测试和测量外，还应对用户样机按用户对性能提出新的要求进行性能测试（包括温升测试）。根据测试和测量的结果进行综合分析后，选择已有的同用户样相接近的电机，按用户对性能提出新的要求进行性能测试（包括温升测试）。然后，保持安装尺寸，并对外形尺寸作必要的调整。按所选择的电机冲片进行电磁设计。如果通过电磁设计分析，认为使用所选择的电机冲片不太合理，那末，应在保持安装尺寸的情况下设计电机冲片，并作电磁设计以达到用户的要求。
D）保持样机性能不变，用户要求降低产品成本的设计
1）在电机结构设计方面：
用工程塑料件替代金属件，尽量不用台阶轴；尽量采用少切削或不切削的零部件；改进电机散热和通风。
2）在电磁设计方面：
在改进电机通风和散热后减少电机有效材料的用量；提高电机绝缘等级后，电机的有效材料的减少若还能降低成本时，可提高电机的绝缘等级；定子采用深槽结构，增大定子铁芯内园和转子铁芯外园，且视具体情况适当增大定子磁极极弧宽度，以期减少电机有效材料的用量。
1.2.2用户未提供样机的情况
  A）用户提供了外形和安装尺寸以及性能参数指标和产品成本要求的设计
根据用户提供的外形和安装尺寸以及性能指标和产品成本要求，选择已有的相近尺寸和性能指标以及相近产品成本的电机，以其冲片为基础进行产品结构设计和电磁设计。必要时同用户沟通，商量是否可以稍许调整外形和安装尺寸，以缩短产品开发周期。
B）用户仅提供性能指标和产品成本要求的设计。
根据用户提供的性能指标和产品成本要求，首先选用已存基本符合用户要求的产品供用户试用，再根据用户试用的反馈意见，进行产品的结构设计和电磁设计，这样做可及时同用户沟通，加快产品的开发。
2、单相串激电动机电磁设计举例
2.1设计任务
2.1.1有一台已生产过的单相串激电动机。由于其前端盖（前支架）没有现存的，必须重新开模具制造该前端盖，但生产周期又绝对不允许，经查库另有在轴向方向比其长的另一种端盖。为此只能采用后一种端盖，将铁芯缩短，以保持电机的外形和安装尺寸不变，且性能仍满足原要求，并进行电磁设计。很明显，该设计任务是在减少铁磁材料用量，而增加铜材料用量的情况下而进行的设计。
该电机的性能是：额定电压：UN=220V，额定频率fN=50HZ， nN=10000rpm，输出功率P2N≧90-100W，输入电流IN≦1A。输入功率PIN≦200W。该电机短时工作制，且负载比较稳定。
2.1.2分析
1）铁芯长度减少后，在保持磁路各部份磁感应强度基本不变的情况下，电机每极磁通减少，那么，在规定转速下电机转矩也相应减少。为了满足要求，即：要保持输入电流不超过要求，保持电机的转矩不变。为此，应该增加转子的导体数。
2）铁芯长度缩短10%，那末，磁通也相应减少约10%，这样才能使磁路各部份磁感应强度保持不变，查原电机的电磁设计书知道每极磁通控制在3.8×10-4wb左右。
3）转子导体数增多，在槽满率基本保持不变情况下必然导致导体载面积和线径相应减少，电流密度增大，线负荷增大，温升增大。此外，电阻增大，转子铜耗增大，效率降低。为了使电机温升不超过要求，效率达到原来要求，电机输入电流应适当减少。
为了不使输入功率因电流的减少，而减少，有利使输出功率符合要求，应适当提高电机的功率因数。

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