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法律研究永磁直流（PMDC）電機 – 結構、工作原理和速度控制
永磁直流（PMDC）電機是一種直流電機的型別，其磁極由永磁體構成。圖 1 顯示了 2 極永磁直流電機的橫截面圖。
在 PMDC 電機中，永磁體磁極被徑向磁化並安裝在電機定子的內圓周上。定子還充當磁通量的返回路徑。PMDC 電機的轉子具有傳統的直流電樞，帶換向器和電刷。
在永磁直流電機中，轉矩是由軸向載流轉子導體與永磁體磁極產生的磁通量之間的相互作用產生的。
圖 2 顯示了 PMDC 電機的等效電路。由於永磁直流電機的磁通量是由永磁體產生的，因此在等效電路中沒有顯示勵磁繞組。
在傳統的直流電機中，產生的反電動勢由下式給出：
$$\mathrm{𝐸_{𝑏} = 𝑘\:φ\:𝑁 … (1)}$$
產生的電磁轉矩為
$$\mathrm{τ_{𝑒} = 𝑘\:φ\:𝐼_{𝑎} … (2)}$$
在 PMDC 電機中，磁通量是恆定的，因此公式 (1) 和 (2) 被修改為：
$$\mathrm{𝐸_{𝑏} = 𝑘_{1}\:𝑁 … (3)}$$
$$\mathrm{τ_{𝑒} = 𝑘_{1}\:𝐼_{𝑎} … (4)}$$
其中，𝑘1 = 𝑘 φ 稱為 PMDC 電機的轉矩常數，其值取決於磁極數、電樞導體數等。
PMDC 電機速度控制
參考 PMDC 電機的等效電路，我們得到
$$\mathrm{𝑉 = 𝐸_{𝑏} + 𝐼_{𝑎}𝑅_{𝑎} = 𝑘_{1}\:𝑁 + 𝐼_{𝑎}𝑅_{𝑎}}$$
$$\mathrm{𝑁 =\frac{𝑉 − 𝐼_{𝑎}𝑅_{𝑎}}{𝑘_{1}}… (5)}$$
從公式 (5) 可以看出，PMDC 電機的速度和轉矩可以透過電樞電壓控制法、電樞電阻控制法和斬波器控制法進行控制。
由於 PMDC 電機的磁通量是恆定的，因此磁通量控制法不能用於控制 PMDC 電機的速度。因此，在 PMDC 電機中無法獲得高於基速的速度。因此，這些電機適用於需要低於基速的電機速度的應用場合。
PMDC 電機的優點
與傳統的直流並勵電機相比，PMDC 電機具有以下幾個優點：
PMDC 電機不需要勵磁繞組，因此沒有勵磁繞組銅損。
與傳統的直流電機相比，PMDC 電機的效率更高。
由於 PMDC 電機不使用勵磁繞組，因此其尺寸比傳統的直流電機緊湊。
由於磁場是由永磁體產生的，因此 PMDC 電機不需要勵磁裝置。
對於分數千瓦額定功率的應用，PMDC 電機更便宜且經濟。
PMDC 電機的缺點
永磁直流電機存在以下缺點：
由於永磁體不能產生高磁通密度，因此 PMDC 電機中每安培產生的電磁轉矩較小。
存在磁極退磁的風險，這可能是由大電樞電流或長時間過載引起的過度發熱造成的。
即使電機未在使用，PMDC 電機的磁場也始終存在。因此，電機應完全封閉，以防止任何異物被永磁體吸引，從而避免對電機造成損害。
在 PMDC 電機中，電樞反應無法得到補償，因此磁場的強度可能會因電樞反應的退磁效應而減弱。
由於 PMDC 電機的磁通量是固定的，因此難以控制永磁直流電機的速度。
PMDC 電機的應用
PMDC 電機用於各種應用，從分數到幾馬力不等。以下是 PMDC 電機的一些應用：
PMDC 電機用於汽車中，用於操作擋風玻璃刮水器和清洗器、升降車窗、驅動加熱器和空調的風扇。
PMDC 電機用於計算機驅動器。
PMDC 電機用於玩具行業。
PMDC 電機用於電動牙刷。
用於行動式真空吸塵器。
用於食品攪拌機。
還用於行動式電動工具，如鑽頭、鋸子、修剪器等。
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