永磁直流力矩電機的工作原理

永磁直流力矩電機是一種常見的電動機類型，它利用永磁體產(chǎn)生的磁場和電流在磁場中的相互作用，產(chǎn)生機械運動。其工作原理如下：

磁場產(chǎn)生：在永磁直流力矩電機中，通常使用強度較高的永磁體來產(chǎn)生磁場。永磁體會在其表面產(chǎn)生一個磁場，磁場的極性取決于永磁體的性質(zhì)。磁場通常被稱為定磁場。

電流產(chǎn)生：為了在磁場中產(chǎn)生運動，需要在電機的繞組中通過電流。當電流通過電機繞組時，它會在繞組內(nèi)產(chǎn)生一個磁場，被稱為轉(zhuǎn)磁場。

磁場相互作用：當轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)體進入定子磁場中時，由于轉(zhuǎn)子和定子中的磁場不同，導(dǎo)體中的電流將產(chǎn)生一個力矩，將轉(zhuǎn)子帶動旋轉(zhuǎn)。此時，由于導(dǎo)體不斷進入和退出定子磁場，轉(zhuǎn)子將不斷旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能。

直流力矩電機的工作原理與普通直流電動機相同，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，直流力矩電機一般做成扁平式結(jié)構(gòu)，電樞長度與直徑之比一般為0.2左右，極對數(shù)較多。為了減小轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的波動，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。

如下圖1所示為永磁式直流力矩電機的結(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)氧樹脂澆鑄成整體。

圖1：永磁式直流力矩電機結(jié)構(gòu)圖

直流電機中，若兩臺電機的電樞體積相同，它們的電樞直徑分別為D1和D2，電樞長度分別為L1和L2，假設(shè)它們的極對數(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轉(zhuǎn)矩大的原因。

需要注意的是，在永磁直流力矩電機中，定子和轉(zhuǎn)子的位置通常是可逆的。也就是說，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)具體的需求來設(shè)計和使用永磁直流力矩電機。此外，永磁直流力矩電機也可以通過調(diào)整電流和磁場的強度來實現(xiàn)調(diào)速，并且具有高效、可靠、易于控制等優(yōu)點，因此得到了廣泛應(yīng)用。