电机杂谈之结构设计

浅风无影

上篇谈到简单的电磁设计，详细的就不谈了，我现在的同事基本都是上有限元仿真直接做精确计算调整的。接8爷的话谈谈PMSM结构设计。
电磁工程师会设计好铁芯的。小电机转子受制于尺寸较小，不开转子冲片，一般用磁环。磁环加胶水套在轴上，固化以后就与轴形成一个整体了。大一点的电机是有转子冲片的，转子冲片与永磁铁固定在一起构建磁场。
但是电磁工程师也只能给出冲片的截面图，电机为了减小涡流损耗是采用叠片工艺的。高冲模下来就快速叠好了，对于定子来说一定要保证气隙部分的形位公差的，电机的气隙太小，形位公差有问题，直接影响整个电机的性能。冲片的叠压一般采用铆扣的形式，下一片硅钢片冲出一段铆在上面一片的槽里面。为了增大叠压系数，是尽可能要让冲片叠在一起的，没有缝隙。铆扣一般根据硅钢片的大小，铁芯的长度进行合适的设计，较小的时候采用圆形铆点，大了就采用方形铆点。
由于冲片的尺寸精度要求高，其尺寸的检测也与一般的不同，不能单纯的用卡尺卡。我们和供应商沟通的结果是采用胶片将理论轮廓放大，然后再做投影，将投影放大的硅钢片与胶片印出来的理论轮廓进行对比。
表贴式转子的磁钢一般为长条状，为了 形成合适的磁场分布，磁钢侧边是弧形的。磁钢的固定有主要有两种方式，一种是在一面涂胶水粘在转子冲片上，外加钢套或者玻璃丝带固定，防止高速离心力甩飞。如果胶水的质量足够好，实验验证过后是不用另外加固定装置的，直接粘上就好。另一种方式就是直接在转子冲片上开槽，直接把磁钢插到槽中，保证能固定住，同时有助于优化气隙磁场分布，但对转子冲片的加工工艺要求较高。这种方式与IPM电机有些类似之处，但更多的是为了固定作用。转子冲片与电机轴往往是过盈配合的，8爷之前提过设计压机压转子。对于我们这些比较小的铁芯，直接采用热套的方法进行过盈配合装配。
转子与轴配合好了，接下来的问题就是怎么把定转子支撑起来了。这个基本上是固定的，定子铁芯固定在机壳中，机壳前面是法兰，后面是端盖，转子轴上前后两个轴承安装在法兰和后端盖上。考虑到电机工作时温度上升，轴承的布置方式是一端固定，一端游动，游动的一端加波形弹性垫圈，增加预紧力，降低噪音振动。
小型电机机械设计中，轴的设计往往被忽视。因为市面上现有机型较多，关于轴的 直径基本不需要怎么校核，直接用就好。但我还是想说的是按标准的流程应该是要校核轴的，按弯扭复合校核可以得到电机的合适轴径。至于电机采用的轴承，也可以按标准的轴承寿命校核，但是关于电机的额定轴向和径向允许载荷到底是怎么定的我一直搞不清楚，我只能猜想为通过电机轴承寿命反算出来一个值，再给一个安全系数，那些老工程师也没法给我答复。至于核算电机的临界转速，我所在的公司是没人干这的，归结为按经验来说，这些小型伺服电机，没必要。
电机的定子铁芯与机壳也是过盈配合的，同样可以采取热套的方式。机壳采用的铝件，考虑工艺，散热等一般选择6063T5挤压成型。过盈配合的校核可以采用机械设计里面的公式手算，也可以上ansys。我工作的头几个月后的某天，boss就让我算他们看看，现在想来估计是在考我了，因为他们压根没人懂有限元。
个人感觉做这种小型的电机结构，基本上就是在现有结构上动动尺寸，也不用算啥，是没有什么前途的。所以果断想着去做电机控制去。

magicnie

但是关于电机的额定轴向和径向允许载荷到底是怎么定的我一直搞不清楚，我只能猜想为通过电机轴承寿命反算出来一个值，再给一个安全系数，那些老工程师也没法给我答复。

这个问题，说下我的理解，供大侠参考。
电机一般都是前后两个轴承承载转动，抛开中间的转子画简化图，可以简化为2个轴承支撑的外伸轴结构，用下面这个结构简图去进行受力分析，


Ka 和Kb就是轴承的安装位置，把支撑由理论力学里面的刚性支撑变成轴承受力的刚度系数弹簧，在结构设计里面，外部受力产生的挠度会使ka和Kb的变形会影响径向游隙，轴承对于PV参数是有规定的，根本原因估计是对寿命的影响，我在另一本书里面看过这样的描述：

当然，径向受力还有个垂直方向的周期固定激励而导致的共振而产生的噪音之类，估计也要考虑的因素


对于轴向力，具体从轴承安装方式公差过盈产生的摩擦阻力和轴承规定能轴承的轴向载荷，应该可以估计安全载荷

没有做过具体工作，不知道对不对，只能瞎交流一番

2266998

不错，有机会详细再说，说多了，你自己就有了信心，在任何地方都敢站起来就哇啦哇啦，

小弹壳

“ 但是关于电机的额定轴向和径向允许载荷到底是怎么定的我一直搞不清楚，我只能猜想为通过电机轴承寿命反算出来一个值，再给一个安全系数，那些老工程师也没法给我答复。”


大侠如果把这段加粗，说不定八爷顺便给你解答了