永磁同步电机——带辅助极永磁直流电动机

从性能上看，永磁直流电动机相当于一台他励直流电动机。由于永磁体的高矫顽力，电枢反应对磁通的影响很小。如前所述，永磁直流电动机具有许多优点，但在相同起动电流下，起动转矩比串励直流电动机小，为适应某些应用场合的大起动转矩要求，需适当增大其功率，使永磁体用量增加，电机重量也相应增加。本节介绍的带辅助极永磁直流电动机不仅保留了永磁直流电动机所具有的许多优点，而且还有一定的串励作用，每极磁通随电枢电流的增大而增大，具有复励直流电动机的特性。

一、带辅助极永磁直流电动机的结构和工作原理

带辅助极永磁直流电动机的磁极结构如图6一5 ( b）所示。它与普通结构永磁直流电动机的区别在于：其每个磁极都由主极和辅助极两部分组成，辅助极由高导磁材料制成，主极由永磁材料制成，相对于电枢旋转方向，辅助极在前、主极在后，电枢只能单向旋转。空载时，电枢反应很小，气隙磁通主要由主极提供，由于主极极弧系数较普通结构永磁直流电动机小，故空载气隙磁通小、空载转速高。负载时，辅助极下的电枢反应磁动势产生较强的电枢反应磁场，方向与主极所产生的磁场方向相同，对气隙磁场起助磁作用，其作用相当于串励绕组。磁路不饱和时，这部分磁通与电枢电流成正比；主极下的电枢反应磁动势对气隙磁场影响较小，故负载气隙磁通随电枢电流增大而增大。

二、带辅助极永磁直流电动机的性能特点

由于永磁材料的高矫顽力，主极下磁通随负载电流增大而略微减小。辅助极下气隙很小，电枢反应会产生较大的磁通，且随电流增大而增大。因此每极气隙磁通可近似表示为。若考虑铁磁材料饱和，则如不再是一常数，而是随气隙磁通的增大而有所减小。对于普通结构永磁直流电动机，若电刷在几何中性线上且忽略铁磁材料饱和，则气隙磁通不随电流变化，即若在设计时使二者在额定功率点的气隙磁通相同，则前者的空载气隙磁通比后者小、起动时气隙磁通比后者的大，如图6一21所示，其中曲线1 、 2分别为带辅助极永磁直流电动机和普通永磁直流电动机气隙磁通随电枢电流的变化规律。确定了气隙磁通，便可以方便地计算电机的性能。图6一22为两种电动机的性能比较，其中实线对应带辅助极永磁直流电动机，虚线对应普通永磁直流电动机。

可以看出，带辅助极永磁直流电动机具有以下特点：

( 1）具有与复励直流电动机相近的特性，起动转矩大、空载转速高。

( 2）永磁材料用量少。

( 3）与普通永磁直流电动机相比，工艺复杂性略微增加。普通用途永磁直流电动机的电枢电流通常不大，电枢反应助磁作用不明显，不宜采用该结构。该结构适合于电枢反应强烈的电机，如起动机等。

三、实际应用

参考文献「 2 〕开发了两台永磁起动机，分别采用普通结构和带辅助极结构，两者的区别在于磁极，其他结构尺寸都相同，在最大功率点的性能基本相同。表6一1 、表6一2分别为普通结构和带辅助极结构的性能对比。两种电机的最大功率点性能基本不变，但带辅助极结构电机的起动转矩提高了44 . 5 %，空载转速提高了28 . 5 %，永磁材料成本降低了34 . 8％。