1、第5章永磁直流電動機(jī)1 概述 永磁直流電動機(jī)是由永磁體建立勵磁磁場的直流電動機(jī)。它除了具有普通電勵磁直流電動機(jī)所具備的下垂的機(jī)械特性、線性的調(diào)節(jié)特性、調(diào)速范圍寬和便于控制等特點(diǎn)外，還具有體積小、效率高、用銅量少、結(jié)構(gòu)簡單和運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。配上穩(wěn)速器后還可適用在電源電壓和負(fù)載變動情況下要求轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的場合。因而在家用電器、辦公機(jī)械、電動工具、醫(yī)療器械、精密機(jī)床、自行車、摩托車、汽車計算機(jī)外圍設(shè)備等方面都得到了廣泛應(yīng)用。隨著釹鐵硼等高性能永磁材料的發(fā)展，永磁直流電動機(jī)正從微型和小功率電機(jī)向中小型電機(jī)擴(kuò)展。永磁直流電動機(jī)種類很多，分類方法也多種多樣。一般按用途可分為控制用和傳動用。按運(yùn)動方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2、又可分為直線式和旋轉(zhuǎn)式，其中旋轉(zhuǎn)式包括有槽結(jié)構(gòu)和無槽結(jié)構(gòu)。有槽結(jié)構(gòu)包括普通永磁直流電動機(jī)和永磁直流力矩電動機(jī)；無槽結(jié)構(gòu)包括有鐵心的無槽電樞永磁直流電動機(jī)和無鐵心的空心杯電樞直流電動機(jī)、印制繞組永磁直流電動機(jī)及線繞盤式電樞永磁直流電動機(jī)。 本章以普通永磁直流電動機(jī)為典型主要從以下幾方面進(jìn)行分析討論 永磁直流電動機(jī)基本方程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性 永磁直流電動機(jī)的磁極結(jié)構(gòu) 永磁電機(jī)磁路計算中的主要系數(shù) 永磁直流電動機(jī)的電樞反應(yīng) 永磁直流電動機(jī)的設(shè)計特點(diǎn)2.1 電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢2.2.永磁直流電動機(jī)基本方程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性永磁直流電動機(jī)基本方程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性改進(jìn)的圓筒形磁極結(jié)構(gòu)(圖5-5b)、弧形磁極結(jié)構(gòu)和

3、端面式磁路結(jié)構(gòu)(圖5-6)可以增加磁化方向長度，一般應(yīng)用在鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)中。改進(jìn)的圓筒形結(jié)構(gòu)在磁極中心外圓處有兩個凹槽，以利于充磁，在與NS極垂直的軸線內(nèi)圓處也開凹槽以減少交軸電樞反應(yīng)和改善換向；但形狀復(fù)雜，加工較難。端面式結(jié)構(gòu)的磁路較長，漏磁系數(shù)較大(可達(dá)1.51.6)，僅在40W以下微型電機(jī)中使用。 瓦片形和弧形永磁體的形狀復(fù)雜，加工費(fèi)時，有時其加工費(fèi)用甚至高于永磁材料本身的成本。因此，目前的趨勢之一是盡可能使用矩形或近似矩形結(jié)構(gòu)，如圖5-7所示。但為了減少配合面之間的附加間隙，對配合面的加工精度要求較高。圖5-7C的切向式結(jié)構(gòu)起聚磁作用，可以提高氣隙磁密，使之接近甚至大于永磁材料的

4、剩磁密度。 永磁直流電動機(jī)的磁極結(jié)構(gòu)又可分為無極靴和有極靴兩大類，無極靴結(jié)構(gòu)（圖5-4a和圖5-5）的優(yōu)點(diǎn)是：永磁體直接面向氣隙，漏磁系數(shù)小，能產(chǎn)生盡可能多的磁通，材料利用率高；結(jié)構(gòu)簡單，便于批量生產(chǎn)；外形尺寸較??；交軸電樞反應(yīng)磁通經(jīng)磁阻很大的永磁體閉合，氣隙磁場的畸變較小。其缺點(diǎn)是電樞反應(yīng)直接作用于永磁磁極，容易引起不可逆退磁。有極靴結(jié)構(gòu)（圖5-4b圖5-6 ，圖5-7）既可起聚磁作用，提高氣隙磁密；還可調(diào)節(jié)極靴形狀以改善空載氣隙磁場波形；負(fù)載時交軸電樞反應(yīng)磁通經(jīng)極靴閉合，對永磁磁極的影響較小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本增加；漏磁系數(shù)較大；外形尺寸增加；負(fù)載時氣隙磁場的畸變較大。 總之，永磁直

5、流電動機(jī)的磁極結(jié)構(gòu)多種多樣，各有優(yōu)缺點(diǎn)，隨著新產(chǎn)品的不斷開發(fā)，還會有新結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。具體設(shè)計時，要根據(jù)電動機(jī)的具體用途和使用場合，選擇適宜的磁極結(jié)構(gòu)甚至研究、開發(fā)新的磁極結(jié)構(gòu)。6.永磁直流電動機(jī)的設(shè)計特點(diǎn) 永磁直流電動機(jī)的設(shè)計大部分與電勵磁直流電動機(jī)相同，主要差別在于勵磁部分不同及由此而引起的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)取值范圍的差異。有關(guān)永磁材料和磁極結(jié)構(gòu)型式的選擇、磁路計算主要參數(shù)、電樞反應(yīng)和永磁體工作點(diǎn)的計算已在前面介紹，下面主要介紹小功率永磁直流電動機(jī)設(shè)計中某些特點(diǎn)。永磁直流電動機(jī)的磁極結(jié)構(gòu)多種多樣，磁場分布復(fù)雜，計算準(zhǔn)確度比電勵磁直流電動機(jī)低；而且永磁材料本身性能在一定范圍內(nèi)波動，直接影響磁場大小并使電動機(jī)性能產(chǎn)生波動；永磁電動機(jī)制成后又難以調(diào)節(jié)其性能。這些都增加了永磁直流電動機(jī)設(shè)計計算的復(fù)雜性。除了采用電磁場數(shù)值計算等現(xiàn)代設(shè)計方法盡可能提高計算準(zhǔn)確性外，設(shè)計中要留有一定的裕度，并充分考慮永磁材料性能波動可能帶來的影響。 永磁直流電動機(jī)的應(yīng)用場合極為廣泛，不同的使用器具對電機(jī)性能的要求大不一樣。有的要求伺服性能好；有的要求價格低廉；有的要求效率高、節(jié)能；有的則要求功率密度高、體積小；有的工作環(huán)境惡劣；有的則對某項(xiàng)指標(biāo)要求苛刻。因而在設(shè)計時不論是主要尺寸和電磁負(fù)荷的選擇，還是繞組和