永磁无刷电机的气隙怎样取值？永磁无刷怎样做到效率最高？

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一般希望气隙越小越好，可是事情并非如此。小气隙造成电机不转或效率极低，加大电流可以转的好些，可又导致绕组发热严重。经过实验，我认为永磁无刷电机在选择钕铁硼这样的强磁体时，气隙应该选择大一些的，但如果这样，那么选择强磁体意义就不大了，还不如选择铁氧体，然后气隙选择小一些。这两种情况是一样的，但是前者 气隙大有利于组装，后者材料省有利于市场。经过分析，我甚至怀疑永磁无刷的效率真的能做的很高吗？因为磁极对正后的排斥过程中，磁力线出铁芯后的轨迹是很 长的，远远大于气隙，那么磁阻是应该很大的，因此在排斥时，如果做排斥功的绕组，其电流不出现巨量增加，磁力线是不会从铁芯顶端突出“顶住”永磁体而产生 排斥效果的，只能是永磁体的磁力线仍然进入排斥极的铁芯里，导致排斥变成了吸引。也就是说，如果要排斥真的发生作用，那么定转子的同性磁力线“分界线”应 该在气隙中，而不能在定子的铁心里。面对钕铁硼这样的强磁体（表面磁感应0.75T)，要想做到定子绕组的铁芯排斥永磁体，几乎是不可能的，因为实际的气隙太大了（两个异性定子极铁芯之间的距离）。我想问一下坛子里的各位，谁做过将定子绕组的一个极单独通电，看该磁极的铁芯是否能够排斥同性永磁体的实验？
如果上述排斥做不到，那么永磁无刷只能是靠定子铁芯对异性永磁体的吸引做功了。但换向瞬间，定转子磁极对正后离开永磁体的过程中，永磁体对铁芯的吸引是不 是要浪费其他铁芯的吸引功呢？那是肯定的。那么小气隙导致永磁体对脱离的铁芯吸引力过强就是不利的因素了，因此就必须想办法减小它。所以气隙是大一点才 好，但不能太大。至于大多少才最好，恐怕谁也说不清楚，只有参考别人的数据。要选择最好的气隙，就要靠自己不断地实验。可是哪有那么多的时间和金钱去做这 个呢？在这个年代大家都是急功近利的。
我现在真是越做越无知了，希望大家给点评价，拍砖也好。我想知道大家是怎么想的。
更希望专家踊跃教导，否则我会蔑视那些看帖不回贴的专家的。

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我先自己顶一下。
一般永磁无刷的定子都是像交流异步电机那样的隐极式铁芯，相邻两极的磁性相异，但中间的气隙为嵌线槽的顶部缝隙。这个缝隙比定转子气隙要大，大约是气隙的2-3倍，也有1倍的也未知。看气隙是多大的了。嵌线槽顶隙与绕组线径有关。因此磁力线突出铁芯“顶住永磁体”还是可以办到的，但是效率上就差一些了。“顶”的太厉害了，钕铁硼会退磁的

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没人呀？专家们呢？

PLMOTOR

可能是我没见过这样的分析方式,不过我还是觉得这样分析比较另类

1977zxb1977

往往聪明人想不出来的方法，用笨人的方法是最有效的。
你想多了，考虑方式有一定道理，又有一些误解。

dpzcrwf

我做的电机是用铁氧体的，单边气隙都在0.35-0.5mm

ganbala

请问各位大侠气隙的大小是否跟电机功率有关？还是一半情况下的气隙都在0.5mm左右？

qiuzhizhe

当然有关的，相同条件下，加大气隙，气隙的磁密会降低，电机的转速有所增加，电流增大，其功率自然会受影响的。

040823

LZ问了一个很有意思的问题.现在做电机的都有自己的经验.但缺少总结.这是电机行业的遗憾.这也是我国高精尖的电机很少有人搞出来的原因之一.谢谢!

accnet

8楼说得是一般规律。但加大气隙电流增加，其效率降低。因为励磁的成本上升了，绕组电阻增大了。同样的安匝数，励磁的强度降低了。
9楼说得很有道理。我们的技术人员在认知上同一性太强。年轻的都是在照着书本上的东西在干，专家都是在跟着老外跑。书上说得都一样，想找个个性点的作者都没有。大家写书都是彼此抄来抄去，好的抄国外的，一般的抄国内的，教科书千篇一律。大家不是工匠就是教书匠

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5楼的请深入指教本人的误解之处。本人再此诚恳请教。我很希望有人能说出一些与我不一样的批判性意见，千万别被我的大力质疑影响了大家的情绪

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继续本人2楼的话题：
现在永磁无刷基本上都是采用隐极的了，但隐极在排斥时磁力线是从嵌线槽一边直接连到另一边的，基本上可以认为与永磁体的表面是平行的，因此其性状如同漏磁，焉能有高效？

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我在永磁无刷的气隙问题困惑了一段时间，弄明白后对永磁无刷有些无奈。6楼说的是他的经验。0.3-0.5mm间隙不算大的，但要是再小一点机加和安装其实都远远没有问题，但是6楼的为什么会停滞在0.3mm了？就是因为很难精确地控制气隙磁密不超过永磁体的退磁极限。永磁无刷的启动电流很大，如果带载较重，启动时间稍长，则大电流产生的高气隙磁密持续作用永磁体表面，肯定会带来永磁体的退磁。
永磁无刷采用了永磁体，被人们欢呼说节省了起码50%的励磁能量。相对于钕铁硼，你这样说还是有道理的，可是实际工程中不得不采用铁氧体之后，由于铁氧体的磁强较低，你说节省励磁能量了，可实际上节省了多少呢？
另外，永磁无刷定子对转子的的吸引功和排斥功各占50%，吸引功其实不做也罢，转子上的永磁体自然会吸引定子铁芯，但是加大了气隙使吸引功变小了，吸引功的效率页变小了。如果省掉吸引功倒也节能增效。但如果永磁无刷只做排斥功，那么效率肯定比吸引功的效率要低。因为吸引功的磁力线是发自（或终止于）铁芯，终止于（或发自）永磁体，气隙小可以增大吸引功的效率。而做排斥功则要求气隙要大，而且磁力线还要平行于永磁体表面（见本人12楼），几乎表现为漏磁，因此吸引功效率是非常低的。也有的磁力线越过邻近异性定子磁极，直接和该异性磁极侧上方的异性永磁体相吸，但这个磁路长度就太长了。因此大家评论一下，永磁无刷的效率真的很有吸引力吗？真的做到了90%-94%吗（我昨天看了北京展览馆的节能减排展，有个电机公司的展板标示说他们的永磁无刷效率比国外产品普遍高5-8%，达到90-94%)。

PLMOTOR

楼主的帖子我看了几遍了,可还是不明白你说的吸引功和排斥功到底是什么?是如何定义的?怎么计算?可否一一说得更明白?

关于气隙长度的长短的问题,我就我理解的说两句:
做过感应电机或者电磁式磁场源电机的人都知道,气隙的长短对电机性能的影响非常大,相对于小电机来说即使你改变0.005mm的长度,电机的性能都有明显的变化!那为什么呢？我们知道，电机的机械能与电磁能的转换的一个关键的因数就是气隙磁通量，电磁式磁场源电机的磁通可以这样计算：F：\激励气隙磁通.JPG。从公式可以看到：当安匝数与极面积不变的情况下，影响磁通的只有气隙的长度δ！

我们再看永磁体的气隙磁通可以这样计算：F:\永磁体气隙磁通.JPG。从公式可以看出，气隙磁通的变化不仅仅取决于气隙长度δ，还有永磁体的长度Lm。气隙长度的大小变化一般都在零点几mm，而永磁体的长度Lm却比气隙长度大得多，也就是说，此时气隙的长短对磁通的影响并不象电磁式磁场源电机那么明显！
那么楼主说的选择钕铁硼这样的强磁体时，气隙应该选择大一些的，但这样选择强磁体就没有意义了，还不如选择铁氧体，然后气隙选择小一些就需要重新理解了
另外，对于小电机来说，据我的实践，永磁无刷电机的效率比通功率的感应电机的效率高那是肯定的，如果做的效率反而低，那就可能是没有设计好的缘故了。

再说一句就是，10楼的观点，我认为突破陈规的精神是值得发扬的，但切忌偏激，不排除有些书确实是抄的成分很多，但换个角度来想，能够抄来抄去的东西都是经得起考验的，都是前辈们经过长期论证得出来的，想突破陈规，觉得还是先把人家的东西吃透，牛顿都说嘛，他是站在巨人的肩膀上的
今天心情还不错，多说两句，如有不中听的地方也别介意。

accnet

这是版主二度莅临本帖，幸会久仰！
吸引功和排斥功就是定子的一个磁极关于转子永磁体的做功性质。永磁无刷由于绕组换向，肯定是吸引和排斥各做50%的功。
LM应该是铁芯长度吧，而不是永磁体的长度。版主的公式没有问题吗？公式的出处在哪里？
诚然，LM远远大于气隙长度，但铁芯即使再长（不针对小电机），其磁阻还是很小。一般都不超过气隙磁阻的10%。
另外，版主这样用该公式我个人觉得值得商榷。
比如我们可以这样设想一下：令钕铁硼的磁势为H1，令铁氧体的磁势为H2，欲二者气隙磁密相同，且铁芯不变，求对应气隙长度d1/d2。
谢谢版主拔冗莅临，在下向版主学习，希望与版主交流，共同提高。也真诚欢迎大家拍砖

PLMOTOR

15# accnet

我这里所说的Lm不是指铁心长度,而是指永磁体的磁方向的长度,也就是厚度,它的磁导接近于空气的磁导,永磁电机的磁路大概可以分三大部分,永磁体,软磁体,气隙;上面的公式是在假设磁路不饱和的情况下推导的(因为硅钢片的磁导很小,忽略了),Fm是磁势,Hc是永磁体矫顽力,公式是大名鼎鼎的欧姆定律,如果LZ也不认同,就没办法继续讨论下去了.

LZ说的吸引功和排斥功我姑且理解成绕组切割磁力线产生的力矩吧,可是 气隙小可以增大吸引功的效率。而做排斥功则要求气隙要大 就让人摸不着后脑了。

131772474

无刷电机气隙的大小跟电机功率的关系不大，电机设计是平横的技术，在效率、成本以及其他性能方面平衡。

zhaobo_ren

我理解的楼主所说的吸引功和排斥功是在说电机空载时的定位力矩所做的功，这个定位力矩似正弦波动，且正负相当，不过有时候会有些低次波耦合期内。这个定位力矩大于0部分所做的功是吸引功吧，小于0的则是排斥功。不过，再怎么做这个吸引和排斥的几乎可以抵消了，而电机在实际负载运转时候，基本都是电枢电流磁场吸引转子磁场，只能也算作是另外一个分量的吸引功，要是排斥的话，电机是不是要反转呢？
最后，建议楼主交流的时候，多说点电机学或电机设计的术语，方便大家理解和交流。

accnet

回技术团队队长：
你好！你说的很对，我说的术语太少。但你还是对我所说的吸引功和排斥功理解有误。抱歉我这样说可能失敬于你。因为大家都是按照理论前辈的范儿来阐述和描述问题的。但似乎很遗憾，没有现有的理论术语适于来描述我注意的现象。
比如说吸引功吧。如你所说，“基本都是电枢电流磁场吸引转子磁场”，这就如同永磁同步电机了。但实际上永磁无刷在磁极对正的瞬间就换向了。此时到与下一个转子异性磁极对正之前，前一半时间在与眼前的同性磁极（在换向前是异性磁极）相互作用，以相互排斥的形式做功。不妨称之为排斥功。当接近转子永磁体交界处时，定子磁极磁力线发生性质变化，直接与下一个异性磁极相互作用，以相互吸引的形式做功。不妨称之为吸引功。
显然，在做吸引功的时候，气隙越小越好，因为整个磁路的长度越小，气隙的磁感应强度就越大，做吸引功的力就越大。这就回答了版主在15楼的疑问的前半部分“气隙小可以增大吸引功的效率”。
同性的磁力线（比如从转子永磁体发出的N极磁力线和从定子磁极发出的N极磁力线）相互作用，必然有一个磁场分界线或分界面。在分界线（以下以二维磁场的形式来分析）的一边是转子永磁体N极的磁场，而分界线的另一边是定子磁极N极的磁场（以下以定子磁场为N极为叙述前提）。而排斥功如果要表现出来，正常情况下这个分界线必须在气隙上，而不能进入定子铁芯内（此时定转子的相互作用力会表现为吸力）或永磁体内（仍然可以做排斥功，但将会对永磁体产生退磁作用，使电机失效）。因此当转子的永磁体标号确定之后，分界线能否在气隙中就取决于定子绕组所产生的磁动势了。以下两种情况将对分界线存在于气隙之中产生不利影响：1.永磁体的表面磁感应强度越大；2.气隙取值越小。试想一下：如果今后有一种永磁体（假设它的名称叫男铁硼吧），它的表面磁感应强度达到10T，作为永磁无刷电机的设计者是应该欢呼雀跃呢，还是与己无关呢？我的态度是后者，因为我将照样用铁氧体或钕铁硼做转子的永磁体，如果男铁硼的价格抵于钕铁硼我会才会考虑用它。想想看，铁芯的饱和磁感应强度是2T，任何一个设计师不可能在距铁芯表面0.25mm（假设气隙长度为0.5mm）处依靠绕组产生(对抗男铁硼)不小于3T的磁场（假设男铁硼在气隙05mm时产生的气隙磁感应强度是3T）。这就是我对未来男铁硼永磁体的态度的解释。
但为了采用男铁硼永磁体，设计者不可能不增大气隙的长度。这就可以解释版主在15楼的疑问的后半部分“而做排斥功则要求气隙要大”。同样。当设计者把转子永磁体的选择从铁氧体变成钕铁硼时，他也必须将原有的气隙增大，或者提高定子绕组的安匝数，否则他的电机将出现十分复杂的后果而令他焦头烂额。
以上也可以答复16楼兄弟的观点了吧。
不知说到现在，队长能否明白我的心。
我还可以在深入地详述一下队长的问题。
实际上永磁无刷在换向时，由于绕组电感的存在，换向后有个续流的过程和换向后电流增加的过程。续流开始后转子已经越过顶钻子磁极对正点，此时续流过程表现为定子磁极对转子永磁体产生吸引而做负功，即做降低转速和出力的功。但该功虽为负却并不表示可以使转子反向旋转，因为只要回到定转子磁极对正位置，这个功就功德圆满地消失了。这就回答了队长“要是排斥的话，电机是不是要反转呢？”的疑问。
同样，换向后电流的增长也有个过程。因为大家都迷信绕组匝数越多越好，恨不能把超导体线当铝线使用，结果大电感导致电流增长速度慢，其直接后果就是电机功率降低了。这也就与16楼兄弟“无刷电机气隙的大小跟电机功率的关系不大"的经验出现了差异。因为匝数越大电感越大（气隙越小电感同样也会增大），电流就小了，电机必须降低速度等待电流增大到一定的程度，否则带不动负载，电机的转速还要下降，电流就会增大得更加厉害了。
接着说：当电流增大到一定程度时，电机的转子也就转到永磁体边缘附近，该永磁体变性了。此时定子磁力线从铁芯顶部冒出终结于转子永磁体S极，此时定子的磁力线在气隙中的磁路是斜径而走的，并不是垂直于铁芯表面圆弧的，因此有效气隙长度更长，但由于整个磁路的磁势增加了永磁体的贡献（一般假定永磁体的磁势等于定子绕组磁势），因此气隙磁感应强度基本上是要减小的。随后随着转动有效气隙越来越短，吸引功越来越大，效率也越来越大。
好了，先说这么多吧。很长了，大家看起来也会累的，先听大家意见吧。

accnet

版主在14楼的公式的前部是一个基本公式。本人认同！但版主这样用我不赞同。我在15楼发言的最后一部分，正是一个用欧姆定理公式计算的例子。由于Fm（即本人前述H）和d都是变量，其余不变且H1>H2,则必有d1/d2>1。
如果LM是永磁体的厚度，则你的公式则标示气隙的实际长度是LM+δ。当LM也是气隙的一部分时，当然气隙δ变化不及LM自身的影响大了。