電機電樞疊片厚度的計算方法
張春禮（天津市勃海無線電廠）
1引言
在航空產品的設計中，應盡量滿足體積小和重量輕的要求。因為飛機特種設備增加1kg重量，飛機總的結構重量就需增加8kg。因此，飛機上的電氣設備必須考慮效率、材料的利用程度、成本經濟等因素。文中介紹的方法對電機、變壓器的計算都是適用的。
2電樞疊片厚度的確定
當鐵心中存在交變磁通時，鐵心內部電場的存在使鐵心中有渦流（見圖1），渦流的存在不僅損耗能量而且還有去磁的作用。
2.1渦流損耗與疊片厚度的關系
圖1所示為一鐵心截面，i為繞組中的激磁電流。假如在某一瞬間激磁電流i按圖中所示方向增加，則鐵心中的磁通將向紙內方向增加。它使鐵心中感生渦流δe，渦流方向和磁通增加的方向相反，因此δe的瞬間方向如圖中所示。
渦流損耗的功率根據下式計算。
式中V——鐵心的體積
f——電源頻率
r——鐵心材料的電導系數
Bm一一一交變磁感應強度的****振幅
d——疊片厚度
從式(1)可見，渦流損耗與疊片厚度的平方成正比。
2.2渦流的去磁作用
渦流除去形成一部分能量損耗外，還有減弱磁場的作用。
例如有一矩形槽電樞鐵心，如圖2所示，設鐵心的磁勢為Fm，礅路的平均長度為l，則疊片表面的磁場強度的復數振幅平均值為：
疊片內部的磁場強度是和式(2)所代表的數值是不同的，因為在計算疊片內部的場強時要考慮渦流的影響。
當疊片的平均長度l和寬度遠大于它的厚度d時，可以認為疊片內部的場強與x和y無關，而僅是z的函數。圖2疊片內的磁場強度僅有y方向的分量。設復數振幅為Hm，場強變化一周時鐵心中的磁導率μ保持不變。
為了看出磁感應強度Bm隨疊度厚變的變化，引用磁感應振幅公式：
根據式(3)作出磁感應強度振幅分布的Bm～2kz曲線，如圖3所示。
從圖3可見，即使不考慮不同的名時磁感應相位的變化，而只注意其振幅變化，也能看到渦流的去磁作用。在z=±d/2即2kz=±kd，如磁感應強度就是鐵心內靠近表面處的磁感應，它的振幅是Bme=μHme
假如沒有渦流的去磁作用，整個疊片中的磁感應強度的振幅應都等于這個值。但渦流的去磁作用使靠近疊片中的磁場較表面的磁場為弱，越大，這種現象越顯著。
從式(4)中可見，志與頻率及電導系數y的平方根成正比。因此渦流的去磁作用是隨疊片厚度和材料的電導系數的增長而愈趨顯著。
從圖3可見，當kd<1時，疊片表面和中心磁感應強度差異很小。當kd>2時差異十分大。由于渦流損耗和渦流的去磁作用都和疊片的厚度有關系，所以在設計不同電源頻率的陀螺機時，應該對硅鋼片的厚度進行計算，最后根據計算結果選用系列中的標準厚度。
從圖3的瞄線中可以得到計算硅鋼片厚度的依據，即為：
3陀螺電機硅鋼片厚度計算實例
已知：電流頻率f=500Hz求：硅鋼片厚度d，根據式(4)得：K=4.43(mm)-1
由式(5)得：
用44硅鋼片，并選系列中的標準厚度d=0. 2mm。
試驗結果表明，產品性能很好，額定轉速n，額定電流iD，慣性行走時間t、起動電流i0及效率η都符合設計要求。
無刷伺服電機
BL系列筒形無刷伺服電機采用了稀土永磁材料，其特點是轉子輕，加速度達93000rad/s2，速度為8000r/min，輸出連續轉矩可達44Nm。獨特的磁結構設計允許過載電流8倍而不產生退磁現象。另一種MA系列扁平式伺服電機在設計中采用了一個薄薄的玻璃纖維轉子，其失速轉矩為24. 3lNm，在轉速為3000r/min時****轉矩達150Nm。
(杜宗瀠譯自《Machine Design》V01. 64No. 15，1992)
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