永磁直流力矩电动机励磁静摩擦力矩研究

永磁直流力矩电动机励磁静摩擦力矩研究

张文海，谭宏松

(成都精密电机厂，四川成都610500)

永磁直流力矩电动机因电枢齿槽磁阻不同而产生很大的磁阻力矩，这个磁阻力矩通常占电动机总静摩擦力矩的95％以上，所以永磁直流力矩电动机的静摩擦力矩又称励磁静摩擦力矩。励磁静摩擦力矩对永磁直流力矩电动机的动态性能和静态性能影响很大。本文则是对这一问题的实验分析与研究。

1励磁静摩擦力矩与连续堵转转矩之比同电动机机座号的关系

选择21种永磁商流力矩电动机，机座号由45#～850#，励磁静摩擦力矩由5. 5mN·m～55．4N·m，连续堵转转矩由49 mN·m～3555 N·m。各种电机实测励磁静摩擦力矩与连续堵转转矩比同机座号的关系，如表1所示。

观察表中数据可以看出，永磁直流力矩电动机励磁静摩擦力矩与连续堵转转矩之比同机座号的关系是随机座号的增大则减小。一般小于45#机座的电机，二者之比为10％左右；60#~90#机座电机，二者之比为百分之5.5；100#～160#电机，二者之比为百分之4．5左右；200#～320#电机，二者之比为3％左右；370#~600#机座电机，二者之比为百分之2左右；850#机座电机，二者之比为百分之1.3左右。

永磁直流力矩电动机为何有这种关系?这和大机座号电机常数大，小机座号电机常数小确关。大机座号电机常熟大，损耗则小，所以励磁静摩擦力矩与连续堵转转矩之比减小；小机座号电机常数小，损耗则人，所以励磁静摩擦力矩与连续堵转转矩之比增大。永磁直流力矩电动机这种励磁静摩擦力矩与连续堵转转矩之

比随机座号增大而减小的规律，这为我们估算水磁直流力矩电动劝机的励磁静摩擦力矩提供了方便。实践中，一台力矩电动机，只要我们知道它的设计参数如机座号、连续堵转转矩值，便可由表l中的规律，确知它的励磁静摩擦力矩在连续堵转转矩中所应占的百分数，由此估算出它的励磁静摩擦力矩的近似值。下面我们选择一台电机进行实际估算：永磁直流力矩电动机J170LYX03，电压Dc27 v，实测R a=1 34Ω，n0=214 r／min，I0=0 33A；起动电流I00=O .26A，J k1=6 3A，T k1=7. 5N·m。估算程序为：

(1)根据该电机机座号为170#，表1中i00#～160#二者之比为百分之4 .5，200#～300#二者之比为百分之3，由于170#介于二两者之间，确定170#电机励磁静摩擦力矩，连续堵转转矩之比为百分之4。

(2)该电机的连续堵转转矩设计值为≥6 5N·m，实测值为7．5N·m，由设计值估算出它的励磁静摩擦力矩M e=6．5×0.04=O. 26N·m；由实测值估算出它的励磁静摩擦力矩为M e=7．5×O. 04-0.3N·m。估算是否正确?可用国家军用标准G_lB971A一99《永磁直流力矩电动机通用规范》励磁静摩擦力矩测试方法求得，即励磁静摩擦力矩M e，等于起动电流I00。乘以电机转矩灵敏度m j，M j=T k1/I k1。

计算值与估算值近似相等，说明估算正确。当然，表1的规律是一种总体趋势，对于具体电机还是有一定变化。例如序号11、12、20、21各为两种同机座号电机，但它的各自的比值并不完全相等。不过差异一般不会很大。而序号12电机则出现反常，按规律它的比值应为百分之3左右，实际却为百分之4. 3，这应是该电机设计小合理造成；当磁路设计太饱和或极数少端接太长时，端损耗增大，电机常数降低，所以励磁静摩擦力矩连续堵转转矩比值增大反常。

2励磁静摩擦力矩是永磁直流力矩电机转转矩波动大小的观察指标

前面谈到，永磁直流力矩电机的励磁静摩擦力矩，实质上是电机永磁体励磁后，因电枢齿槽磁阻不同而产生的磁阻力矩。很显然，直槽电枢齿槽磁阻差异很大，齿部磁拉力远大于槽部磁拉力，由此产生很大的磁阻力矩，所以直槽电机励磁静摩擦力矩一般较大。然而同时，直槽电枢因齿槽磁阻变化很大，磁场波形畸变则会随磁阻变大而增大，所以电机转矩波动会变大。斜槽电枢因齿槽磁阻变化减小，电机的励磁静摩擦力矩则会减小。与此同时，电机的磁场波形的畸变很小，所以转矩波动很小。永磁直流力矩电机这种励磁静摩力矩与转矩波动同源关系，为我们观察水磁直流力矩电机转矩波动大小提供了方便。也就是说，因永磁直流力矩电机的励磁静摩擦力矩和转矩波动同由齿槽磁阻变化引起，我们则可用励磁静摩擦力矩作为永

磁直流力矩电机转矩波动大小的观察指标：即励磁静摩擦力矩大的电机，转矩波动必大；反之，励磁静摩擦力矩小的电机，转矩波动必小。这一结论是否正确?我们以实际电机作一比较。

下面是一种60#机座同规格电机的两种设计：1#电机，电枢直槽，实测励磁静摩擦力矩为26／27mN·m，转矩波动百分之14 .4；2#电机，电枢斜稽，实测测量励磁静摩擦力矩12．8／11 0 mN·m；转矩波动百分之11。可以看出，上述结论是正确的。虽然如此，但不是说永磁直流力矩电机的转矩波动大小是由励磁静摩擦力矩引起。而应该说，齿槽磁阻变化，会影响永磁直流力矩电机励磁静摩擦力矩和转矩波动两项指标。而励磁静摩擦力矩大，只会使电机触动电压变大，电机灵敏度降低，这才是它的物理实质。

3励磁静摩擦力矩的另一种测法

G_IR971A一99国家军用标准《永磁直流力矩电动机通用规范》规定，永磁直流力矩电机的励磁静摩擦力矩为A组检验项目，测试方法为：电动机空载，然后在电枢两端由零缓慢增加电压，当转轴刚开始连续转动，记录其始动电流(即起动电流I00)，这个电流乘以电机堵转转矩灵敏度M j，即为该电机的励磁静摩擦力矩，公式为：

M e =M j I00(1)

该方法准确合理，它避免了用力矩盘一砝码法测静摩擦力矩的繁琐。但它仍有缺点，必须先用堵转法测出电机的堵转转矩灵敏度，才能因起动电流I00计算出它的励磁静摩擦力矩。为了克服这一缺点，可用直流电动机堵转转矩公式计算励磁静摩擦力矩，更为简单方便，而且准确，公式为：

M e=9.55K e I00(2)

式中：M e——励磁静摩擦力矩(N·m)；K e——反电势系数(v/r．min。)，I00——起动电流(A)。用式(1)计算励磁静摩擦力矩，不用再测试电机的堵转转矩，只须测出电机的一组空载数据U0、I0，电枢电阻R a，便可算出电机的反电势系数K e，用式(2)计算励磁静摩力矩的理论根据是：当永磁直流力矩电机的起动转矩刚能克服电机的励磁静摩擦力矩时，电机便开始缓慢转动，所以这时的起动转矩等于电机的励磁静摩擦力矩。事实上，式(1)与式(2)是完全相等的，因式(2)中的9．55K e就等于转矩灵敏度m j，其推理为：