稀土永磁同步電機(jī)之相關(guān)永磁直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與應(yīng)用

    4 . 1 . 1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

小功率永磁直流電動(dòng)機(jī)（Permanent Magnet DC Motor）是由永磁體建立勵(lì)磁磁場(chǎng)的直流電動(dòng)機(jī)，它除了具有普通電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)所具有的下垂機(jī)械特性、線(xiàn)性調(diào)節(jié)特性、調(diào)速范圍寬和便于控制的特點(diǎn)外，還具有體積小、效率高、用銅少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。

這種電動(dòng)機(jī)一般用在家用電器居多，因而常常采用鐵氧體永磁材料，由于該材料具有B，高，H 。低的特點(diǎn)，所以在結(jié)構(gòu)上一般做成磁極面積小，磁化方向長(zhǎng)度厚的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，以彌補(bǔ)鐵氧體矯頑力低的缺點(diǎn)。永磁直流電動(dòng)機(jī)的電樞與普通電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)完全一樣，都是電樞旋轉(zhuǎn)式，永磁體安放在定子上，形成磁極。永磁直流電動(dòng)機(jī)磁極結(jié)構(gòu)種類(lèi)很多，其中常用的有瓦片形、圓筒形及組合形結(jié)構(gòu)。

l）瓦片形磁極結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4一l）所用永磁材料多為鐵氧體永磁材料。當(dāng)采用各相異性鐵氧體永磁材料時(shí)，可以沿輻射方向定向和充磁，稱(chēng)為徑向充磁；

也可以沿磁極中心線(xiàn)方向定向和充磁，這稱(chēng)為平行充磁。在這兩種充磁方式中，采用徑向充磁對(duì)提高磁性能有力。

2）圓筒形磁極結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4一2）圓筒形磁極和瓦片形磁極本質(zhì)上沒(méi)有太大區(qū)別，但是圓筒形磁極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，容易獲得比較精確的結(jié)構(gòu)尺寸。但在兩極之間有一部分材料不起作用，從而造成材料的浪費(fèi)，但這對(duì)廉價(jià)的鐵氧體而言，不足以造成總成本的浪費(fèi)。

3）組合磁極結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4一3）所謂組合磁極是指欽鐵硼永磁材料與鐵氧體永磁材料的組合磁極（見(jiàn)圖a）以及鐵氧體永磁材料與軟鐵永磁材料組合磁極（見(jiàn)圖b）。在直流電動(dòng)機(jī)中交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)磁極的一半起增磁作用，另一半起去磁作用，對(duì)于旋轉(zhuǎn)方向固定的永磁直流電動(dòng)機(jī)，可應(yīng)用這一特點(diǎn)制造組合結(jié)構(gòu)，可以在保證性能的前提下，減少永磁材料的使用，降低電動(dòng)機(jī)成本。目前在我國(guó)生產(chǎn)的永磁汽車(chē)起動(dòng)機(jī)，就應(yīng)用了這一結(jié)構(gòu)，不但減少了永磁材料，而且使之具有復(fù)勵(lì)特性。

4 . 1 . 2應(yīng)用

小功率永磁直流電動(dòng)機(jī)一般用在家用電器、電動(dòng)工具、汽車(chē)電器，此外計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、音響器具等方面都有廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)在小功率直流電動(dòng)機(jī)中，永磁直流電動(dòng)機(jī)占80％以上。在小功率永磁直流電動(dòng)機(jī)中，還有一種三槽直流電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且性能良好得到廣泛的應(yīng)用，當(dāng)配備上穩(wěn)速器后，還可應(yīng)用在音像設(shè)備等要求具有較高速度精度的設(shè)備中。

4 . 2永磁直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)

4 . 2 . 1電樞反應(yīng)的特點(diǎn)

在電樞繞組中，當(dāng)電樞電流流過(guò)時(shí)，便產(chǎn)生了磁動(dòng)勢(shì)，此磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的作用，便稱(chēng)為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)可分為直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)Fad和交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)Faq 。當(dāng)電刷恰好在幾何中心線(xiàn)時(shí)，直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)Fad二0，但一般情況下，電刷常常是偏離幾何中心線(xiàn)的，即換向元件中既有交軸又有直軸磁動(dòng)勢(shì)。對(duì)于小功率永磁直流電動(dòng)機(jī)，一般均無(wú)換向極，即換向趨于延遲換向，換向元件中還產(chǎn)生一個(gè)直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)Fa 。這個(gè)磁動(dòng)勢(shì)起助磁作用。所以換向元件中應(yīng)有三項(xiàng)電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)，即直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)Fad 、 Fa 。和交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)Fa，。

4 . 2 . 2直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)

由圖44可見(jiàn)，電刷偏離幾何中心時(shí)，必會(huì)產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)Fad ,對(duì)于電動(dòng)機(jī)，如果電刷偏移方向與電動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)向一致，則電樞反應(yīng)是助磁；如果電刷偏移方向與電動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)向相反，則電樞反應(yīng)是去磁。對(duì)于發(fā)電機(jī)，則與上述情況相反。對(duì)于小功率永磁直流電動(dòng)機(jī)，直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)凡d 、（A）可按下式計(jì)算：。

4 . 2 . 3交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)

交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)Faq不僅改變磁場(chǎng)分布，而且還影響永磁體磁化狀態(tài)，由于磁極結(jié)構(gòu)不同，凡q對(duì)氣隙磁場(chǎng)及永磁體影響也不同。在小功率永磁直流電動(dòng)機(jī)中，不論是瓦片形磁極或者圓筒形磁極，由于永磁體很薄，交軸電樞反應(yīng)磁通通過(guò)磁極后進(jìn)人機(jī)殼閉合，以磁極中心線(xiàn)為界，電樞反應(yīng)在一側(cè)助磁，另一側(cè)去磁，從而造成磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的畸變。此時(shí)氣隙合成磁場(chǎng)曲線(xiàn)如圖4一5 。圖中凡、為電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)，氣隙磁場(chǎng)B 。由電樞反應(yīng)磁場(chǎng)凡：和主極磁場(chǎng)B 。合成。

    但是交軸磁路上磁阻很大，所以交軸磁通巾aq很弱，對(duì)主磁場(chǎng)的影響微弱，工程上常常略去不計(jì)。此時(shí)電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)可為。