永磁直流（PMDC）齿轮电机和电机的优点和设计注意事项

永磁直流（PMDC）电机在要求高效率、高起动转矩和线性转速/转矩的应用中提供了一种相对简单可靠的直流驱动解决方案。随着铁氧体和稀土磁体材料以及电子控制技术的发展，PMDC电机是一种具有成本竞争力的解决方案，尤其在高启动电流和转矩要求的应用。永磁直流电机区别于其他直流电机的一个设计特点是用永磁体代替绕组磁场，它消除了在磁场绕组中单独励磁以及伴随的电气损耗。

永磁直流优点

永磁电机最重要的优点是通过用铁氧体永磁体代替绕组磁场，使整体尺寸更小成为可能。永磁电机的环形的磁铁组件的直径比其绕组磁场组件要小得多，在尺寸和重量上都大大节省，见下图。永磁直流电机不易受电枢反应的影响，磁场强度保持不变。

绕组式直流电机与PMDC励磁电机的磁场结构对比，可以解释两种电机类型在电枢结构以及转速/转矩特性上的差异，绕组式电机的电枢磁化力产生一条非常高的磁导率（低磁阻）的“铁”路径，而PMDC的电枢磁化力产生一条低磁导率（高磁阻）的“铁氧体”路径，该路径倾向于充当非常大的气隙，电枢不能与永磁直流电动机中的磁场发生反应，从而在其整个转矩范围内产生线性速度/转矩特性。

PMDC电机的好处

它们在低速时产生相对较高的转矩，使它们在许多情况下用作齿轮马达的替代品，低速运行的PMDC电机尤其有用，因为在齿轮电机中，不能容忍齿轮的“间隙”和固有的机械“缠绕”。需要注意的是，如果PMDC电机在高扭矩水平（高于额定值）下连续运行，它们可能会产生严重过热，或导致电机损坏。PMDC电机的线性速度/扭矩曲线，加上其易于电子控制的能力，使其成为调速和伺服电机应用的理想选择。PMDC电机的线性输出特性也使其动态性能的数学预测变得更加容易，见下图。

PMDC电机的高起动转矩能力在“单个电机”（非齿轮电机）应用以及惯性负载应用中非常有优势，这些应用要求高起动转矩和较小的运行转矩，PMDC电机在执行器驱动和其他间歇工作应用中起到良好的作用。

通常在给定功率的温升额定值没有任何显著变化的情况下减小PMDC电机的尺寸，由于消除了绕组式磁场电机中的磁场铜损耗，PMDC电机的效率通常高出10%到15%。PMDC电机可以在全封闭非通风的结构中、消除了对风扇的需求，并提供了更大的应用灵活性。PMDC电机和齿轮电机具有更高的固有效率，为便携式应用中更高效的电池操作提供了更低的电流消耗。PMDC电机只需要两根导线（并联电机需要四根导线），只要改变线路连接的极性，而且引线就可以颠倒。动态制动是通过断开两条导线与电源的连接后将其分流来实现的，永磁直流电机在与所有常用控制方法（弱磁除外）一起使用时，也可以提供与并联直流电机相似的性能特性。

设计注意事项

现在铁氧体具有非常可靠的特性，如果要获得铁氧体PMDC电机或齿轮电机的正确运行，必须彻底了解这些材料的某些特性。在低温（0°C及以下），铁氧体变得越来越容易受到永久退磁力的影响，铁氧体的退磁在较低的温度下具有更大的可能性。因此，必须特别注意过载电流条件，包括“启动”、“堵转”和“插头反转”永磁直流电机在低温场合的应用，插头反转需要电流限制，即使在正常温度下也是如此。

电机电源的设计也很重要，PWM和SCR控制旨在提供电流调节和/或限制功能，以保护电机或齿轮电机。所涉及的实际应用参数随每个特定的PMDC电机设计而变化，防消磁保护是电机设计的一部分，必须相应地加以考虑。随着工作温度的升高，永磁直流电机的剩余磁通或工作磁通常以中等速率减小，这种磁通的降低与绕组式磁场电机中的磁场强度随温度的升高而降低很相似。

结论

由于其高起动转矩特性，在应用PMDC齿轮马达时必须小心，应仔细检查PMDC齿轮电机的应用是否存在高惯性负载或高起动转矩负载，这些类型的负载可能导致电机向齿轮头传递过大的扭矩，并产生超出其设计（额定）极限的输出扭矩。采用带有内置限流电路的PWM或SCR速度控制，或过载滑动离合器有时用于保护PMDC电机的传动装置。