永磁直流电机

1、第5章永磁直流电动机1 概述 永磁直流电动机是由永磁体建立励磁磁场的直流电动机。它除了具有普通电励磁直流电动机所具备的下垂的机械特性、线性的调节特性、调速范围宽和便于控制等特点外，还具有体积小、效率高、用铜量少、结构简单和运行可靠等优点。配上稳速器后还可适用在电源电压和负载变动情况下要求转速稳定的场合。因而在家用电器、办公机械、电动工具、医疗器械、精密机床、自行车、摩托车、汽车计算机外围设备等方面都得到了广泛应用。随着钕铁硼等高性能永磁材料的发展，永磁直流电动机正从微型和小功率电机向中小型电机扩展。永磁直流电动机种类很多，分类方法也多种多样。一般按用途可分为控制用和传动用。按运动方式和结构特点

2、又可分为直线式和旋转式，其中旋转式包括有槽结构和无槽结构。有槽结构包括普通永磁直流电动机和永磁直流力矩电动机；无槽结构包括有铁心的无槽电枢永磁直流电动机和无铁心的空心杯电枢直流电动机、印制绕组永磁直流电动机及线绕盘式电枢永磁直流电动机。 本章以普通永磁直流电动机为典型主要从以下几方面进行分析讨论 永磁直流电动机基本方程和稳态运行特性 永磁直流电动机的磁极结构 永磁电机磁路计算中的主要系数 永磁直流电动机的电枢反应 永磁直流电动机的设计特点2.1 电磁转矩和感应电动势2.2.永磁直流电动机基本方程和稳态运行特性永磁直流电动机基本方程和稳态运行特性改进的圆筒形磁极结构(图5-5b)、弧形磁极结构和

3、端面式磁路结构(图5-6)可以增加磁化方向长度，一般应用在铝镍钴永磁直流电动机中。改进的圆筒形结构在磁极中心外圆处有两个凹槽，以利于充磁，在与NS极垂直的轴线内圆处也开凹槽以减少交轴电枢反应和改善换向；但形状复杂，加工较难。端面式结构的磁路较长，漏磁系数较大(可达1.51.6)，仅在40W以下微型电机中使用。 瓦片形和弧形永磁体的形状复杂，加工费时，有时其加工费用甚至高于永磁材料本身的成本。因此，目前的趋势之一是尽可能使用矩形或近似矩形结构，如图5-7所示。但为了减少配合面之间的附加间隙，对配合面的加工精度要求较高。图5-7C的切向式结构起聚磁作用，可以提高气隙磁密，使之接近甚至大于永磁材料的

4、剩磁密度。 永磁直流电动机的磁极结构又可分为无极靴和有极靴两大类，无极靴结构（图5-4a和图5-5）的优点是：永磁体直接面向气隙，漏磁系数小，能产生尽可能多的磁通，材料利用率高；结构简单，便于批量生产；外形尺寸较小；交轴电枢反应磁通经磁阻很大的永磁体闭合，气隙磁场的畸变较小。其缺点是电枢反应直接作用于永磁磁极，容易引起不可逆退磁。有极靴结构（图5-4b图5-6 ，图5-7）既可起聚磁作用，提高气隙磁密；还可调节极靴形状以改善空载气隙磁场波形；负载时交轴电枢反应磁通经极靴闭合，对永磁磁极的影响较小。缺点是结构复杂，制造成本增加；漏磁系数较大；外形尺寸增加；负载时气隙磁场的畸变较大。 总之，永磁直

5、流电动机的磁极结构多种多样，各有优缺点，随着新产品的不断开发，还会有新结构产生。具体设计时，要根据电动机的具体用途和使用场合，选择适宜的磁极结构甚至研究、开发新的磁极结构。6.永磁直流电动机的设计特点 永磁直流电动机的设计大部分与电励磁直流电动机相同，主要差别在于励磁部分不同及由此而引起的结构型式和参数取值范围的差异。有关永磁材料和磁极结构型式的选择、磁路计算主要参数、电枢反应和永磁体工作点的计算已在前面介绍，下面主要介绍小功率永磁直流电动机设计中某些特点。永磁直流电动机的磁极结构多种多样，磁场分布复杂，计算准确度比电励磁直流电动机低；而且永磁材料本身性能在一定范围内波动，直接影响磁场大小并使电动机性能产生波动；永磁电动机制成后又难以调节其性能。这些都增加了永磁直流电动机设计计算的复杂性。除了采用电磁场数值计算等现代设计方法尽可能提高计算准确性外，设计中要留有一定的裕度，并充分考虑永磁材料性能波动可能带来的影响。 永磁直流电动机的应用场合极为广泛，不同的使用器具对电机性能的要求大不一样。有的要求伺服性能好；有的要求价格低廉；有的要求效率高、节能；有的则要求功率密度高、体积小；有的工作环境恶劣；有的则对某项指标要求苛刻。因而在设计时不论是主要尺寸和电磁负荷的选择，还是绕组和