永磁同步電機之永磁直流電動機磁電機運行特性的退度敏感性

    前面分析時都假定永磁直流電動機的每極氣隙磁通在運行過程中基本保持不變。實際上，永磁材料，特別是教鐵硼永磁和鐵氧體永磁的磁性能對溫度的敏感性很大。如果從冷態(tài)（低溫環(huán)境溫度）運行到熱態(tài)（高溫環(huán)境溫度加溫升）運行時溫度提高100 ℃，則欽鐵硼永磁電機和鐵氧體永磁電機的每極氣隙磁通量分別減少約12 . 6％和18 % -20 %，這將顯著影響永磁電機的運行特性和參數(shù)。當(dāng)永磁直流電動機在同一端電壓下運行時，空載轉(zhuǎn)速將分別提高約12 . 6％和18寫～20 %；在同一電樞電流下運行時，電磁轉(zhuǎn)矩分別減小約12 · 6寫和18 % 20％。如果再計及電樞電阻隨溫度升高而增大導(dǎo)致電阻壓降增大和電樞反應(yīng)的去磁作用，則上述變化率還將增大。這是永磁電機區(qū)別于電勵磁電機的特點之一。因此，在永磁電機設(shè)計計算、測試和運行時都要考慮到不同工作溫度對運行特性的影響．

2.永磁直流電動機的磁極結(jié)構(gòu)

永磁直流電動機由于采用永磁體勵磁，其結(jié)構(gòu)和設(shè)計計算方法與電勵磁直流電動機相比有許多顯著的差別，尤其是在磁極結(jié)構(gòu)、磁路計算中的主要系數(shù)以及電樞磁動勢對氣隙磁場和永磁體的影響方面。下面分別進(jìn)行分析和討論。永磁直流電動機的磁路一般由電樞鐵心（包括電樞齒、電樞扼）、氣隙、永磁體、機殼等構(gòu)成。其中永磁體作為磁源，它的性能、結(jié)構(gòu)形式和尺寸對電機的技術(shù)性能、經(jīng)濟指標(biāo)和體積尺寸等有重要影響。目前電機中使用的永磁材料的性能差異很大，因而在電機中使用時與其性能相適應(yīng)的、適宜的結(jié)構(gòu)形式也大不相同。由于鐵氧體永磁在性能上具有B，小、 H相對高的特點，因此結(jié)構(gòu)上一般做成扁而粗的形狀，即增加磁極面積，相對縮短磁化方向長度。鋁鎳鉆永磁具有B，高、 11低的特點，在結(jié)構(gòu)上一般做成磁極面積小、磁化方向長度大的細(xì)長形狀，以彌補其月。低的缺點。稀土永磁的特點是剩磁感應(yīng)強度B 、磁感應(yīng)矯頑力月〔及最大磁能積（BH ) , ax都很高，在磁極結(jié)構(gòu)上可做成磁極面積和磁化長度均很小的結(jié)構(gòu)形狀。永磁直流電動機磁極結(jié)構(gòu)種類很多，其中常用的有瓦片形、圓筒形、弧形和矩形結(jié)構(gòu)。

瓦片形磁極結(jié)構(gòu)〔圖5-4a和b）大多在高矯頑力的稀土永磁和鐵氧體永磁直流電動機中采用。當(dāng)采用各向異性的鐵氧體永磁或稀土水磁時，對瓦片形磁極可以沿輻射方向定間和充磁，稱為徑向充磁；也可沿與磁極中心線平行的方向定向和充磁，稱為平行充磁。研究表明，采取徑向充磁對提高水磁體的磁性能有利。從產(chǎn)生氣隙磁場的角度來看，圓筒形磁極（徑向充磁如圖5-sa所示）與瓦片形磁極沒有多大區(qū)別，只是圓筒形磁極的材料利用率差，極間的一部分永磁材料不起什么作用；而且圓筒形永磁體較難制成各向異性，磁性能較差。但是，它是一個圓簡形整體，結(jié)構(gòu)簡單，容易獲得較精確的結(jié)構(gòu)尺寸．加工和裝配方便，有利于大量生產(chǎn)。對于價格低廉的鐵氧體水磁．有時總成本反而降低因而對于尺寸小的電動機和精度要求較高的電動機更多地使用圓筒形永磁磁極。

    瓦片形和弧形永磁體的形狀復(fù)雜，加工費時，有時其加工費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57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5一7 。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剩磁密度。

    水磁直流電動機的磁極結(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54a和圖55）的優(yōu)點是：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)；外形尺寸較小；交軸電樞反應(yīng)磁通經(jīng)磁阻很大的水磁體閉合，氣隙磁場的畸變較小。其缺點是電樞反應(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54b ,圖56，圖57）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。

    直流電動機交軸電樞磁動勢對磁極的一半起增磁作用，另一半起去磁作用。利用這個特點，對于旋轉(zhuǎn)方向固定的永磁直流電動機，可以采用兩種材料制成的組合磁極結(jié)構(gòu)，即在每個極的去磁區(qū)用高性能的永磁材料，如錢鐵硼永磁，而在增磁區(qū)則用性能較低而價格便宜的永磁材料，如鐵氧體永磁，或者使用軟鐵。圖5-8a為欽鐵硼一鐵氧體組合結(jié)構(gòu)示意圖，圖58b為鐵氧體軟鐵組合結(jié)構(gòu)示意圖，采用這種組合式結(jié)構(gòu)，可以在保證電機性能的前提下，大大減少永磁材料的用量，降低電動機的成本，缺汽是制造工藝較復(fù)雜。

總之，永磁直流電動機的磁極結(jié)構(gòu)多種多樣，各有優(yōu)缺點，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)。