永磁直流力矩電動機勵磁靜摩擦力矩研究

    張文海，譚宏松

    (成都精密電機廠，四川成都610500)

    永磁直流力矩電動機因電樞齒槽磁阻不同而產生很大的磁阻力矩，這個磁阻力矩通常占電動機總靜摩擦力矩的95％以上，所以永磁直流力矩電動機的靜摩擦力矩又稱勵磁靜摩擦力矩。勵磁靜摩擦力矩對永磁直流力矩電動機的動態性能和靜態性能影響很大。本文則是對這一問題的實驗分析與研究。

1勵磁靜摩擦力矩與連續堵轉轉矩之比同電動機機座號的關系

選擇21種永磁商流力矩電動機，機座號由45#～850#，勵磁靜摩擦力矩由5. 5mN·m～55．4N·m，連續堵轉轉矩由49 mN·m～3555 N·m。各種電機實測勵磁靜摩擦力矩與連續堵轉轉矩比同機座號的關系，如表1所示。

觀察表中數據可以看出，永磁直流力矩電動機勵磁靜摩擦力矩與連續堵轉轉矩之比同機座號的關系是隨機座號的增大則減小。一般小于45#機座的電機，二者之比為10％左右；60#~90#機座電機，二者之比為百分之5.5；100#～160#電機，二者之比為百分之4．5左右；200#～320#電機，二者之比為3％左右；370#~600#機座電機，二者之比為百分之2左右；850#機座電機，二者之比為百分之1.3左右。

永磁直流力矩電動機為何有這種關系?這和大機座號電機常數大，小機座號電機常數小確關。大機座號電機常熟大，損耗則小，所以勵磁靜摩擦力矩與連續堵轉轉矩之比減小；小機座號電機常數小，損耗則人，所以勵磁靜摩擦力矩與連續堵轉轉矩之比增大。永磁直流力矩電動機這種勵磁靜摩擦力矩與連續堵轉轉矩之比隨機座號增大而減小的規律，這為我們估算水磁直流力矩電動勸機的勵磁靜摩擦力矩提供了方便。實踐中，  一臺力矩電動機，只要我們知道它的設計參數如機座號、連續堵轉轉矩值，便可由表l中的規律，確知它的勵磁靜摩擦力矩在連續堵轉轉矩中所應占的百分數，由此估算出它的勵磁靜摩擦力矩的近似值。

下面我們選擇一臺電機進行實際估算：永磁直流力矩電動機J170LYX03，電壓Dc27 v，實測R_a=1 34Ω，n₀=214 r／min，I₀=0 33A；起動電流I₀₀=O .26A，J_k1=6 3A，T_k1=7. 5N·m。估算程序為：

    (1)根據該電機機座號為170#，表1中i00#～160#二者之比為百分之4 .5，200#～300#二者之比為百分之3，由于170#介于二兩者之間，確定170#電機勵磁靜摩擦力矩，連續堵轉轉矩之比為百分之4。

    (2)該電機的連續堵轉轉矩設計值為≥6 5N·m，實測值為7．5N·m，由設計值估算出它的勵磁靜摩擦力矩M_e=6．5×0.04=O. 26N·m；由實測值估算出它的勵磁靜摩擦力矩為M_e=7．5×O. 04-0.3N·m。估算是否正確?可用國家軍用標準G_lB971A一99《永磁直流力矩電動機通用規范》勵磁靜摩擦力矩測試方法求得，即勵磁靜摩擦力矩M_e，等于起動電流I₀₀。乘以電機轉矩靈敏度m_j，M_j=T_k1/I_k1。

計算值與估算值近似相等，說明估算正確。當然，表1的規律是一種總體趨勢，對于具體電機還是有一定變化。例如序號11、12、20、21各為兩種同機座號電機，但它的各自的比值并不完全相等。不過差異一般不會很大。而序號12電機則出現反常，按規律它的比值應為百分之3左右，實際卻為百分之4. 3，這應是該電機設計小合理造成；當磁路設計太飽和或極數少端接太長時，端損耗增大，電機常數降低，所以勵磁靜摩擦力矩連續堵轉轉矩比值增大反常。

2勵磁靜摩擦力矩是永磁直流力矩電機轉轉矩波動大小的觀察指標

前面談到，永磁直流力矩電機的勵磁靜摩擦力矩，實質上是電機永磁體勵磁后，因電樞齒槽磁阻不同而產生的磁阻力矩。很顯然，直槽電樞齒槽磁阻差異很大，齒部磁拉力遠大于槽部磁拉力，由此產生很大的磁阻力矩，所以直槽電機勵磁靜摩擦力矩一般較大。然而同時，直槽電樞因齒槽磁阻變化很大，磁場波形畸變則會隨磁阻變大而增大，所以電機轉矩波動會變大。斜槽電樞因齒槽磁阻變化減小，電機的勵磁靜摩擦力矩則會減小。與此同時，電機的磁場波形的畸變很小，所以轉矩波動很小。永磁直流力矩電機這種勵磁靜摩力矩與轉矩波動同源關系，為我們觀察水磁直流力矩電機轉矩波動大小提供了方便。也就是說，因永磁直流力矩電機的勵磁靜摩擦力矩和轉矩波動同由齒槽磁阻變化引起，我們則可用勵磁靜摩擦力矩作為永磁直流力矩電機轉矩波動大小的觀察指標：即勵磁靜摩擦力矩大的