永磁同步電機——帶輔助極永磁直流電動機

從性能上看，永磁直流電動機相當于一臺他勵直流電動機。由于永磁體的高矯頑力，電樞反應對磁通的影響很小。如前所述，永磁直流電動機具有許多優(yōu)點，但在相同起動電流下，起動轉(zhuǎn)矩比串勵直流電動機小，為適應某些應用場合的大起動轉(zhuǎn)矩要求，需適當增大其功率，使永磁體用量增加，電機重量也相應增加。本節(jié)介紹的帶輔助極永磁直流電動機不僅保留了永磁直流電動機所具有的許多優(yōu)點，而且還有一定的串勵作用，每極磁通隨電樞電流的增大而增大，具有復勵直流電動機的特性。

一、帶輔助極永磁直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理

帶輔助極永磁直流電動機的磁極結(jié)構(gòu)如圖6一5 ( b）所示。它與普通結(jié)構(gòu)永磁直流電動機的區(qū)別在于：其每個磁極都由主極和輔助極兩部分組成，輔助極由高導磁材料制成，主極由永磁材料制成，相對于電樞旋轉(zhuǎn)方向，輔助極在前、主極在后，電樞只能單向旋轉(zhuǎn)?？蛰d時，電樞反應很小，氣隙磁通主要由主極提供，由于主極極弧系數(shù)較普通結(jié)構(gòu)永磁直流電動機小，故空載氣隙磁通小、空載轉(zhuǎn)速高。負載時，輔助極下的電樞反應磁動勢產(chǎn)生較強的電樞反應磁場，方向與主極所產(chǎn)生的磁場方向相同，對氣隙磁場起助磁作用，其作用相當于串勵繞組。磁路不飽和時，這部分磁通與電樞電流成正比；主極下的電樞反應磁動勢對氣隙磁場影響較小，故負載氣隙磁通隨電樞電流增大而增大。

二、帶輔助極永磁直流電動機的性能特點

由于永磁材料的高矯頑力，主極下磁通隨負載電流增大而略微減小。輔助極下氣隙很小，電樞反應會產(chǎn)生較大的磁通，且隨電流增大而增大。因此每極氣隙磁通可近似表示為。若考慮鐵磁材料飽和，則如不再是一常數(shù)，而是隨氣隙磁通的增大而有所減小。對于普通結(jié)構(gòu)永磁直流電動機，若電刷在幾何中性線上且忽略鐵磁材料飽和，則氣隙磁通不隨電流變化，即若在設計時使二者在額定功率點的氣隙磁通相同，則前者的空載氣隙磁通比后者小、起動時氣隙磁通比后者的大，如圖6一21所示，其中曲線1 、 2分別為帶輔助極永磁直流電動機和普通永磁直流電動機氣隙磁通隨電樞電流的變化規(guī)律。確定了氣隙磁通，便可以方便地計算電機的性能。圖6一22為兩種電動機的性能比較，其中實線對應帶輔助極永磁直流電動機，虛線對應普通永磁直流電動機。

可以看出，帶輔助極永磁直流電動機具有以下特點：

( 1）具有與復勵直流電動機相近的特性，起動轉(zhuǎn)矩大、空載轉(zhuǎn)速高。

( 2）永磁材料用量少。

( 3）與普通永磁直流電動機相比，工藝復雜性略微增加。普通用途永磁直流電動機的電樞電流通常不大，電樞反應助磁作用不明顯，不宜采用該結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)適合于電樞反應強烈的電機，如起動機等。

三、實際應用

參考文獻「 2 〕開發(fā)了兩臺永磁起動機，分別采用普通結(jié)構(gòu)和帶輔助極結(jié)構(gòu)，兩者的區(qū)別在于磁極，其他結(jié)構(gòu)尺寸都相同，在最大功率點的性能基本相同。表6一1 、表6一2分別為普通結(jié)構(gòu)和帶輔助極結(jié)構(gòu)的性能對比。兩種電機的最大功率點性能基本不變，但帶輔助極結(jié)構(gòu)電機的起動轉(zhuǎn)矩提高了44 . 5 %，空載轉(zhuǎn)速提高了28 . 5 %，永磁材料成本降低了34 . 8％。