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？

zhaobo_ren

又在回想这个吸引功和排斥功，不知道现在理解的对不对，我的理解是BLDC电机在换向时候或者运行时候，转矩曲线的波动。运行时候转矩Te肯定大于0，也就是说可以由一个恒定直流分量和一个交流分量合成来等效这个转觉Te，恒定分量暂且不去考虑，现在说一下交流分量，既然是交流就肯定有正和负，那么是不是正值转矩就是楼主说的吸引功，负值转矩就是排斥功呢？还望楼主给个解释，要是我理解没错的话，咱们可以继续再讨论。
我不建议上来就骂人，闻道有先后，都是要以理服众，即便这个帖子讨论到最后的结论是楼主理解错误，误导了大家，那么在勘误的过程中，我想众人应该是又向真理迈进了一步。只是现在我对于楼主说的意思领会不到位，原谅我的无知，因为以前好像没有谁这么提问题。要是有机会能当面赐教我想会好点，呵呵，算是奢求了。

accnet

40# llp008008
我不是说我是大师，我是说像气隙磁密和气隙选择这样重要的事竟然在书上没有讲，只是讲经验数据。你们不觉得这样的书有问题吗？也就是说，书上列出了很多计算公式，很详细，很权威，但是关键地方语焉不详，而且所有的书都如此。
看我的发言你们应该能够猜得出我不是在这个行业很久的人，但很多人一直以多看书调侃我。我关于气隙选择的事查了很多书，谁告诉我，气隙选择的依据是什么？哪个公式能推导出什么功率规格的电机，气隙应该怎么算？
我相信大师也不过如此。电机发展百年来，多少英雄志士赴汤蹈火，一生追求，竟然气隙选择还要靠经验。也就是说，你自己选了一个气隙，然后所有之前做过的所有计算都白费。那么这个气隙选择还不重要吗？
38楼的gajiter，如果你设计电机的效率计算值是85%，可在气隙选择上，你能选0.01mm或者大于2mm的气隙吗？一个气隙选择错误就让你前功尽弃。尽管你的可变损耗等于不变损耗，而且相等的精度达到很高，也会让气隙这颗耗子屎白费了。
我在这里强调气隙选择，希望能对这个问题有个解决的思路。这也是书上没有的。这也只能是高级技术人员才能讨论的问题。

headpig

是不是说气隙小,齿槽转矩大,在电流限制下,有可能启动失败,气隙大时,电流要求大,效率比较差.
以前有个经验是,2W的爪极单向同步电动机,铁氧磁转子只是直接换成MQ,其它条件都未变,还真是转不动.

accnet

41# zhaobo_ren
队长这么理解就偏了。其实我说的是一个过程的细节。
40楼可能说得对，我们说的没有交点。我看书不多，我就是想看看点击这个行业，气隙选择到底有谁能够说得清。看来我这个问题是有眉目了。
如果没有人反对，7天为限，之后我将把此帖设为已解决贴。另外我再看看书，回来再与你们讨论。

accnet

43# headpig
是这个意思。可是这个意思竟然在书本上不讲。
而且这个现象绝不是单相同步电机的个例。

accnet

举个例子：电机以铁氧体为永磁体取气隙长度值为0.2mm时，定位转矩的最大值是40，那么空载时绕组要做功至少40。欲对外做功200，则绕组必须至少做功240。那么效率肯定低于88%。但如果气隙取值0.1mm，定位转矩为78，则空载时绕组至少要做功78。欲对外做功200，则绕组做功必须至少278才能对外做功200。但绕组做功278后，损耗比做功240会大一些，实际效率要比71.9%更低一些。
换成钕铁硼，气隙取值0.2mm时，定位转矩的最大值是120，则空载时绕组做功至少120。欲对外做功200，则绕组必须至少做功320。那么效率肯定低于62.5%。但如果气隙取值0.1mm，定位转矩为300，空载时绕组做功至少300。欲对外做功200，则绕组做功必须至少500才能对外做功200。但绕组做功500后，损耗更大，实际效率会更低。
以上数字是杜撰的，但以此来定性说明问题吧。这样说其实问题很简单。
如果在既定的气隙下，采用措施来抵消定位力矩的作用，这就是所说的排斥功。但现在看来是得不偿失，因为磁阻将很大，绕组付出的代价会很大。但即使在磁极对正后断电，并且不考虑续流过程的影响，气隙的选择在理论上依然是语焉不详的。
为此我曾发帖希望能够有人测试定位力矩与气隙磁密和铁芯面积的关系这类数据，以此来为气隙选择提供参考，以免气隙选择成为公婆定理——每个人根据自己的经验和立场，各说一套。

headpig

书本是个别的东西能解析清楚,因为因素多了,解析不出漂亮的型(Form),妥协折衷的方案要靠工程设计的需要与理解

accnet

47# headpig
同意！

zhaobo_ren

46# accnet
怎么又回到我最原始的理解——空载力矩波动了呢？要是这么说的话，我觉楼主说的不一定对，空载力矩波动时，其力矩在0上下做正弦状运动，也就是电机肯定要在最开始的时候做一个有功，克服磁极的吸引，然后才能转起来。先不过电流和换向，只要转过空载力矩波动的最大值电，电机自己会在吸引力的作用下继续向前转一个角度，这是由吸引力决定的。如果把这个排斥和吸引等效为空载力矩波动，那么这个空载力矩波动的合力效果做功等于0，也就不存在是否其影响高效的问题。
另外，永磁电机即便理想空载也是有能量损失的，这是和感应电机所不同的。

zsl31111

如果电机之前是按照铁氧体去设计的话,其他条件不动,而把铁氧体换成强磁体,电机是有可能转不动了.针对于永磁体来说,并不是说工作点越高越好,工作点太高了,磁能积就越小,电机出力也就小了,我想在原有铁氧体电机的基础上换成钕铁硼转不起来就是因为工作点太高的原因直接导致电机出力太小,所以才没法转起来. 43# headpig

accnet

50# zsl31111
看来就是这个原因了！谢谢你！
还有就是，在换了钕铁硼后，由于原来的铁芯及磁路是按照铁氧体的条件设计的，因此在磁路上会发生意外或不利走向，也是引起电机异常的原因。

accnet

49# zhaobo_ren
队长分析的对。结合50楼的分析，我的问题基本上清楚了。铁芯靠强永磁体太近了，磁路问题就会复杂很多，离远一些，各方面影响也就淡一些，绕组的主导作用就可以加强。在强永磁体的应用中，更需要在磁路和电磁方面进行详细设计，认真选择包括气隙在内的参数，避免意外的现象发生。

zhaobo_ren

52# accnet
这就讨论完了？我怎么还是一头雾水呢？如果不考虑材料的更换所带来的电机体积的改变，钕铁硼和铁氧体的气隙长度是不一致的，那么对效率哪个更好呢？这个帖子的主题是效率和气隙长度关系，排斥和吸引是其中的插曲，而不是最终结论。
说到磁能积，一般都是按照惯性思维，将工作点定在最大磁能积附近，当然还要考虑去磁的影响。但这个关系的是永磁体的利用率而不是整机效率。那么气隙和材料和效率之间又有什么必然联系呢？

accnet

53# zhaobo_ren [/b
如果不考虑材料的更换所带来的电机体积的改变，钕铁硼和铁氧体的气隙长度是不一致的，那么对效率哪个更好呢？
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我是这样看的：
如果是更换了永磁体，那么有两个条件可以确定气隙的重新选择：
1.气隙磁密与原来相同；
2.磁路走向与原来相同（当然是指各种角位置的情况）。
一般来说气隙越小越好，但气隙太小，气隙磁密很大可能导致磁路在气隙和铁芯端部等位置的走向会很复杂，漏磁以及偏离设计意图走向的磁路作用的影响都会增大到难以分析和克服的程度。当然我们可以用软件去模拟磁路的走向以优化铁芯的形状，但极限情况下的问题还是很少有好办法的。我们生活在地球的环境下，一定要我们去解决类似地球上很少看到，但在火星上普遍存在的问题，我们是不是会很挠头呢？我们毕竟是搞工程的，虽然我们也希望对气隙的选择有一个公式性的东西来指导我们的设计，但这需要基础工程理论的进步以及像硅钢片磁化曲线那样的基本测试数据的支持才能做到。如果能有磁密与转矩的关系数据，是不是问题就能解决了呢？我也不知道。希望做理论研究的人能够把这个问题继续研究下去，即使不会有个公式来帮我们计算气隙的数值该取对少，但只要能明确地告诉入门者，气隙选择极限情况下会出现什么问题，而不是只拿同心度来说事。因为如果今后机械加工的精度都提高了，电机组装也机械化了，同心度可以达到μ级水平而不会出现扫膛现象，我们是否还要谆谆地教导入门者，气隙的选择不能小于0.3mm呢？
我所说我的问题的解决，是因为我在这个讨论中学到了东西，得到了满足，也不是要停止这个讨论。再往下讨论下去，我就很吃力了。我得多看看书了——你们把我给镇住了！

rushme

我觉得是不是可以这样理解楼主说的引力和斥力：
谐波磁场造成的正序、逆序转矩

accnet

实际还是定位力矩比较合适。但我最初说的是动态情况下的现象，队长和zsl31111说得对，其实就是定位力矩。
这个帖子我要加封已解决了。我将开另一个帖子：永磁无刷中永磁体的作用之另类讨论。

zhaobo_ren

56# accnet
期待你的大作！！！

accnet

57# zhaobo_ren
你太客气了，我的帖子在你面前哪能称大作？我得想好了再说，上次头上的包还没痊愈，我怕这次板砖会更多。

bg6iqh

据我试验气隙选择0。5-0。6较好！

tjulix

53# zhaobo_ren [/b
如果不考虑材料的更换所带来的电机体积的改变，钕铁硼和铁氧体的气隙长度是不一致的，那么对效率哪个更好呢？
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我是这样看的：
如果是更换了永磁体，那么有两个 ...
accnet 发表于 2009-4-1 15:18

                               
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好强的帖子啊！刚看到，我也凑个热闹，楼主要知道一个基本的概念：磁路
永磁体是有磁滞回线的，这个不是书上看的自己都应该知道吧？就是说一个永磁体充磁和退磁的B-H曲线（也有用Ф-F表示的，等效）。
而一个线性磁路（非饱和），包括铁心，气隙，其实就是形成了一条负载线，负载线的斜率就是磁阻。可以这么描述：如果有“磁源”（类似于电源）给出的磁势F，那么在整个磁路就会有一一对应的Ф（其实就是电压和电流的关系了）。
好，有了磁滞曲线和负载线，我们就可以得出负载线和磁滞曲线的交点，这个点有嘛用呢？别急，接着看。