如何设计直流电机的磁铁结构，有哪些参数？

磁铁设计除了对永磁材料及磁性能的合理选择外，在结构上应力求使磁铁的磁能得到充分利用，以減小 电机结构尺寸和重量，降低成本；对磁铁尺寸和形位公差、表面粗糙度要求要合理，磁铁用粉未冶金压制成型时，內外圆弧表面需要磨削加工，因而可以达到较高的形状尺寸精度；而不加工的端面或侧面可使用较低的精度，对于粘结磁铁，一般采用注塑或挤压一次成型，不再加工，其尺寸精度比烧结磁铁要高。

对于各向异性磁铁，特別是圆筒形磁铁，应注意磁性能的方向性，安装在转子上的磁铁应有可靠的固定方式，保证磁铁在转子上的固定有足够的 机械强度。转速较高时，可考虑采用外转子结构、转子外圆加铜环固定或环氧胶绸布带包扎等；对磁性能的规格要求，需明确充磁方式及测量方法，NdFeB磁铁表面应有防腐蚀涂层，钕铁硼磁铁採用涂含碳环氧酚醛树脂防腐， 涂层厚度单边约0.02mm，图纸尺寸包括涂层。

永磁直流电机的磁铁通常固定在定子上做主磁极，主要有瓦形和环形两种形式，典型结构如下图所示。橡胶磁铁成品外型是长方形，装配时被卷成环形装入机壳中。环形磁铁极间的一部分材料不起有效作用，因而材料利用率差，但结构工艺简化，容易获得较精确的尺寸，通常用于体积小、尺寸精度要求较高、材料价格便宜(例如各向同性钡铁氧体)的电机。

电机设计时首先根据转矩与电枢尺寸的关系确定电枢铁芯外径Da及长度La，磁铁的主要尺寸(见下图)则根据Da、La来确定，但应满足以下要求：a) 应满足气隙磁密的要求；b) 尽量使磁铁在最大磁能积点上工作，以便最大了限度地利用材料；c) 气隙磁场强度要有足够的稳定性，即要求在工作温度和时间范围内气隙磁通的变化不应超过允许的范围。

厚度(Thickness)hm

磁铁厚度hm是磁铁的磁路计算长度，是磁铁最重要的尺寸之一，设计时应满足以下两项要求：a) 应能产生足够高的气隙磁密；b) 应能保证电机在任何运行状态下不会出现不可逆去磁。通常根据要求a)来确 hm的值，然后用要求b)来校核是否合适。

外弧半径(Outside Radius) Rj

下式中气隙长度g根据经验选取，通常g=0.3~0.6(mm)，hm为磁铁厚度，对于已定型的系列电机， Rj根据与铁壳內径的配合选择。

Rj = 0.5Da g hm

内弧半径(Inside Radius)Rm及不等厚(Different Thickness)磁铁

对于已定型的系列电机，由于Rj已由铁壳确定，在保证气隙适当的前提下Rm可由磁铁厚度決定，即Rm=Rj-hm。但这种等厚的磁铁饱和充磁后，其表面的磁场強度变化不均勻，电机运行时产生交变的径向 电磁力，从而产生电磁噪声。

Rm = 0.5Da g

采用中间厚两边薄的不等厚磁铁改良气隙磁密分布，使波形接近于正弦波，气隙磁场的变化比较均匀没有大起大落的突变，从而可以減小径向电磁力的振动，减小电磁噪声并改善换向火花。此时

Rm = Rj - hm C

这种不等厚磁铁Rj与Rm不同心，圆心偏移量C的大小按经验选择，对微电机磁铁通常C=0.15~0.75mm，hm大取较大值，另一种不等厚磁铁是将磁铁外弧两边磨去一部分。

极弧系数αi

电机设计中，实际使用的计算极弧系数αi是指将气隙磁密分布波型用等磁密、等磁通的矩型表示时矩型的长度bi与极距τ之比，即αi=bi/τ，显然，αi的大小与充磁能量及充磁头结构尺寸有关。气隙磁密为正絃波形分布时，它的极弧系数为αi=2 /π = 0.637 。为了产生尽量大的磁能，可使αi大一些。对于扁电机，由于磁铁宽度比外径小得多，有效面积受宽度所限，磁通与αi影响不大，αi宜取较小值，以改善磁密分布，减小漏磁。因此通常扁电机αi在0.7以下，两极电机极弧张角ψ约120。对于圆电机，αi宜大一些以提高磁通，但αi大漏磁增大。通常取αi=0.75，则对于2极电机，张角ψ =360°x0.75/2 =135;对于4 极电机，张角ψ =360°x0.75/4 =67°。