永磁直流力矩電機(jī)的工作原理

永磁直流力矩電機(jī)是一種常見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)類型，它利用永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電流在磁場(chǎng)中的相互作用，產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)。其工作原理如下：

磁場(chǎng)產(chǎn)生：在永磁直流力矩電機(jī)中，通常使用強(qiáng)度較高的永磁體來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。永磁體會(huì)在其表面產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的極性取決于永磁體的性質(zhì)。磁場(chǎng)通常被稱為定磁場(chǎng)。

電流產(chǎn)生：為了在磁場(chǎng)中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，需要在電機(jī)的繞組中通過(guò)電流。當(dāng)電流通過(guò)電機(jī)繞組時(shí)，它會(huì)在繞組內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，被稱為轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

磁場(chǎng)相互作用：當(dāng)轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)體進(jìn)入定子磁場(chǎng)中時(shí)，由于轉(zhuǎn)子和定子中的磁場(chǎng)不同，導(dǎo)體中的電流將產(chǎn)生一個(gè)力矩，將轉(zhuǎn)子帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，由于導(dǎo)體不斷進(jìn)入和退出定子磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子將不斷旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

直流力矩電機(jī)的工作原理與普通直流電動(dòng)機(jī)相同，不同之處在于其結(jié)構(gòu)。為了在一定體積和電樞電壓下產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩和低的轉(zhuǎn)速，直流力矩電機(jī)一般做成扁平式結(jié)構(gòu)，電樞長(zhǎng)度與直徑之比一般為0.2左右，極對(duì)數(shù)較多。為了減小轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，選用較多的槽數(shù)和換向片數(shù)，通常采用永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)。

如下圖1所示為永磁式直流力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)。定子是有軟磁材料制成的帶槽的圓環(huán)，在槽中嵌入永磁體。轉(zhuǎn)子鐵心通常用硅鋼片疊成，槽中嵌入電樞繞組，電樞繞組為單波繞組。槽楔由銅板制成，兼作換向片，槽楔兩端伸出槽外，一端作為電樞繞組接線用，另一端排列成環(huán)形換向器。轉(zhuǎn)子的所有部件用高溫環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄成整體。

圖1：永磁式直流力矩電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

直流電機(jī)中，若兩臺(tái)電機(jī)的電樞體積相同，它們的電樞直徑分別為D1和D2，電樞長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和L2，假設(shè)它們的極對(duì)數(shù)P、極弧系數(shù)ap、槽數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)a、電樞電流Ia和氣隙磁通密度Bδ均相同，槽面積與電樞直徑的二次方成正比，每槽導(dǎo)體數(shù)也與電樞直徑的二次方成正比，則它們產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩之比為：

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可以看出，在上述前提下，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞直徑成正比，這就是直流力矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩大的原因。

需要注意的是，在永磁直流力矩電機(jī)中，定子和轉(zhuǎn)子的位置通常是可逆的。也就是說(shuō)，定子和轉(zhuǎn)子的角色可以相互交換。在不同的應(yīng)用中，可以根據(jù)具體的需求來(lái)設(shè)計(jì)和使用永磁直流力矩電機(jī)。此外，永磁直流力矩電機(jī)也可以通過(guò)調(diào)整電流和磁場(chǎng)的強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，并且具有高效、可靠、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。