| 永磁直流电机 | 永磁无刷直流电机 | 永磁同步电机 | 永磁同步发电机 |
有无凹槽 | 小部分有 | 大部分有 | 内置式有,表面式无 | 有 |
有无极靴 | 大部分有 | 部分有 | 一般没有 | 部分有 |
| 圆周方向、平行充磁或径向充磁 | 圆周方向、平行充磁或径向充磁 | 圆周方向或径向 | 圆周方向、平行充磁、径向充磁 |
| 弧形、矩形、长棒形、圆筒形、瓦片形等 | 弧形、长棒形、圆筒形、瓦片形 | 弧形、长棒形、瓦片形等 | 环形、星形、瓦片形、矩形等 |
磁极结构 | 圆形、方形 | 圆形 | 圆形 | 圆形 |
内置式 | 大部分 | 有 | 有 | 有 |
表面式 | 少数 | 有 | 有 | 有 |
| | | | |
1. 永磁直流电机
根据所用永磁材料的不同,将永磁直流电动机的磁极结构分为以下4类:铝镍钴永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机、稀土永磁直流电动机、复合磁极永磁直流电动机 | 铝镍钴永磁直流电机 | 铁氧体永磁直流电动机 | 稀土永磁直流电动机 | 复合磁极永磁直流电动机 |
有无凹槽 | 部分有 | 一般没有 | 一般没有 | 一般没有 |
有无极靴 | 大部分有 | 部分有 | 部分有 | 一般没有 |
充磁方向 | 圆周方向或径向 | 圆周方向 | 圆周方向 | 圆周方向 |
永磁体形状 | 弧形、矩形、长棒形、圆筒形 | 矩形、筒形、瓦片形 | 瓦片形、长棒形 | 瓦片形 |
磁极结构 | 圆形、方形 | 圆形、方形 | 圆形、方形 | 圆形 |
| | | | |
1.1 铝镍钴永磁直流电动机的磁极结构
铝镍钴永磁直流电动机的主要磁极结构如图1所示,其中(a)为两极结构,采用弧形永磁体,沿圆弧方向充磁,两块永磁体并联提供每极磁通,属于并联式磁路结构;(b)与(a)基本相同,不同之处是结构(b)的几何中性线位置开了凹槽,以削弱该位置的磁场,改善换向;(c)为多极结构,为便于永磁体的制造和充磁,采用矩形永磁体,圆周方向充磁;图(d)采用长棒形永磁体,沿径向充磁;图(e)采用圆筒形磁极,圆周方向充磁。
1--永磁体 2--电枢 3--机壳 4--极靴
图1 铝钴镍永磁直流电动机的磁极结构
1.2 铁氧体永磁直流电动机的磁极结构
铁氧体永磁直流电动机的磁极结构如图2所示,其中(a)为瓦片形磁极结构,永磁体直接面对空气隙,电枢反应直接作用在永磁体上,且气隙磁密低,适合于对气隙磁密和电机体积要求不高的场合,设计不当会出现不可逆退磁;(b)在永磁体上安装软铁极靴,交轴电枢反应沿极靴方向闭合,对永磁体影响小,此外极靴还有聚磁作用,可以产生较高的气隙磁密,有利于减小电机体积和重量;(c)为整体圆筒形磁极,可以充为一对极或多对极,结构简单,加工和装配方便,便于大量生产,但极间的部分永磁材料作用很小,材料利用率低,但圆筒形永磁体较难制成各向异性,磁性能较差;(d)为方形结构采用矩形永磁体和聚磁极靴,与(b)相同。
1--永磁体 2--电枢 3--机壳 4--极靴
图2 铁氧体永磁直流电动机的磁极结构
1.3 稀土永磁直流电动机的磁极结构
稀土永磁的特点是矫顽力高、剩磁密度高,在磁极结构上可以做成磁极面积和磁化长度均很小的结构形状,通常做成瓦片形,如图3(a)所示。在对体积重量要求很高的场合,可采用如(b)所示聚磁结构。
1--永磁体 2--电枢 3--机壳 4--极靴
图3 永磁直流电动机的磁极结构
1.4 永磁直流电动机的复合磁极结构
在直流电动机中,电枢反应磁动势对前半极增磁,对后半极去磁。对于单向旋转的永磁直流电动机,前半极的全部或部分采用性能较低而价格便宜的材料,如铁氧体永磁或者实用软件;后半极采用高性能的永磁材料,如钕铁硼永磁,就是所谓的复合磁极结构,如图4所示。复合磁极的优点是:可以保证电机性能的前提下减少永磁材料用量,降低成本,还可使电动机具有复励性质。
1--主极;2—辅助极;3—电枢;4—机壳
图4 复合磁极结构
2. 永磁无刷直流电机
永磁无刷直流电动机中,主磁场由转子上的永磁体产生,常见的转子结构如图5所示。
图(a)中两片永磁体形成转子N极,通过转子铁心的凸极形成两个S极。该结构可使永磁转子所需的永磁体片数减少一半,但凸极结构会使定子绕组电感随转子位置而变化,产生附加的磁阻转矩。
图(b)中的永磁体切向充磁,可获得较大的气隙磁密,使用铁氧体永磁时多采用此结构,既能降低成本又能获得较高的气隙磁密。但此结构的电枢反应磁场较强,会引起气隙磁场畸变。
图(c)中转子永磁磁极之间为铁心,运行时产生一附加磁阻转矩,通过合理设计可以使该磁阻转矩为有用的驱动转矩,提高电机的功率密度。
对于多磁极永磁无刷直流电动机,转子多采用图(d)所示的结构,虽然其磁性能较低,但结构简单、工艺性好、成本低。
图(e)、(f)、(g)所示转子结构中的永磁体均为表面安装,且一般为平行充磁,永磁体直接面对气隙,气隙磁场较强。由于永磁材料磁导率低,所以定子绕组电感较小,电枢反应磁场较弱,对永磁无刷直流电动机的运行有利。