直流力矩电机的应用

永磁式直流力矩电动机是属于直流伺服电机的一类，被广泛应用于高速定位系统、低速大扭矩转速控制系统、最佳扭矩在高速度的定位，速度，或张紧系统。

1、直流力矩电机的特点：

•外形为扁平的盘型，直径达而长短；

•可以为理想的定位和速度控制系统提供超低转速和高扭矩，或高的响应速度和最佳转矩；

•无框安装模式和可选的大的转矩范围；

•高转矩惯量比，快速启动/停止和高加速度；

•高转矩功率比，低功率输入要求；

•低电气时间常数为优良的命令响应所有运行速度；

•线性转矩响应输入电流和速度，没有死角；

•长期运行可靠性；

•精度高，即使在极低转速也无需齿轮系统；

•运行安静、平稳

•设计紧凑、适应性强；

•可按要求设计包括永磁材料，叠片槽数，铁芯厚度，供电电压等。

2、直流力矩电机的主要名词解释、及与一般直流电机的区别：

1. 主要名词解释：

1、峰值堵转转矩：直流力矩电动机受永磁材料去磁限制的最大电流时，所获得的有效转矩，

一般表示为Mf，单位为N.m；

2、峰值堵转电压：直流力矩电机产生峰值堵转转矩时施加在电机两端的电压，一般表示为Uf，

单位为V；

3、峰值堵转电流：直流力矩电机产生峰值堵转转矩时的电枢电流，一般表示为If，单位为A；

4、峰值堵转控制功率：直流力矩电动机产生峰值堵转转矩时的控制功率，一般表示为Pf，单

位为W；

5、连续堵转转矩：直流力矩电机在某一堵转状态下其稳定温升不超过允许值，并可以长期工

作，此状态下产生的转矩被称为连续堵转转矩，一般表示为Mn，单位为N.m；

6、连续堵转电压：直流力矩电机产生连续堵转转矩时施加在电机两端的电压，一般表示为Un，

单位为V；

7、连续堵转电流：直流力矩电机产生连续堵转转矩时的电枢电流，一般表示为In，单位为A；

8、连续堵转控制功率：直流力矩电动机产生连续堵转转矩时的控制功率，一般表示为Pn，单

位为W；

9、最大空在转速：直流力矩电机被施加峰值堵转电压，并不连接负载时的空载转速；一般表

示为o max n ，单位为r/min 或rpm；

10、转矩波动系数：直流力矩电机转子一周范围内，输出堵转转矩的最大值与最小值只差与其

最大值与最小值之和之比，用%表示，

11、转矩灵敏度：直流力矩电机的峰值堵转转矩与峰值堵转电流之比，即每安培电流产生的转

矩，一般表示为Kt，单位为N.m/A；

2. 与一般直流电机的区别

选用直流力矩电机并非象普通直流电机那样，按额定功率来选用，而是要按力矩电机

的堵转转矩和转速、负载的工作点来选用。

图1 永磁直流电动机工作特性

图中：

图1 为普通直流电机的工作特性，其额定输出功率Pn 在接近最大效率处，选用时应

按Pn 选择电动机的规格，并应留有一定的余量。

对于直流力矩电机，首先根据电机规格表中的峰值堵转转矩和最大空载转速作出转速

—转矩特性，再根据连续堵转转矩指标作出连续工作区，被选电机的峰值堵转转矩必须大

于最大负载转矩，（包括摩擦转矩和加速转矩），并留有足够的余量，而对应连续工作区的

转矩、转速又能满足负载工作点长期运行的要求。同时电机的外形安装尺寸和重量也应符

合要求。

永磁直流力矩电动机的工作特性见图2。

3. 四象限运行

由于直流力矩电机独特的性能，在不同的应用场合又可以以不同的状态运行，在有些

特殊场合甚至可以在四象限内交替运行。图 3 为：永磁直流力矩电动机的运行

特性。

图3 表示力矩电机的运行特性。图上是由一系列速度-转矩特性所组成。水平轴代表转

矩，垂直轴代表转速，每一斜线代表某一电压下的速度-转矩曲线。这组曲线可以提供直流

力矩电机在任何速度、转矩或外加电压（正负均可）情况下工作点的情况（4 象限运行）。

标有4 个双曲线以外的区域为换向不良区。（* 不良换向区也可以通过改善措施如采用虚槽、

适当减小电刷宽度等来缩小。）

图中：Ⅰ象限——正向转矩、正向转速，为电动运行状态。

Ⅲ象限——负向转矩、负向转速，电压为负，亦为电动运行状态。

Ⅱ象限——负向转矩、正向转速，为发电运行状态或制动运行状态。相当于电机被外机械拖动超过给定控制电压方向的转速；或大于电机负向转

矩而拖动电机正向旋转。

Ⅳ象限——正向转矩、负向转速，为制动运行状态或发电运行状态。相当于负载大于电机堵转转矩而拖动电机反向旋转；或在负向电压下拖动电

机超过给定控制电压方向的转速。

根据以上直流力矩电机的四象限运行特性就可以灵活地选用电机以适应各种系统

运行状态。

4. 开环宇闭环

开环控制：只对电机电枢两端的电压进行控制，对电机运行情况无检测环节；控制精度和

抑制干扰的特性都比较差。

闭环控制：闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用电机输出量同反馈（测速发

电机、光电编码器、旋转变压器、高精度电位计等）的偏差对系统进行控制，可获得比较

好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。反馈，通过反馈建立起输入（原因）和

输出（结果）的联系。使控制器可以根据输入与输出的实际情况来决定控制策略，以便达

到预定的系统功能。根据反馈在系统中的作用与特点不同可以分正反馈和负反馈两种，这

里不做过多介绍。

应用直流力矩电机只是在某些要求不高的场合采用开环运行，即简单地加以一定控制

电压使电机运转，或采用功率驱动器和脉宽调制调速，但没有闭环反馈量，由于电机本身

的转矩波动和负载的外来干扰转矩的影响，如负载自身的传动摩擦和振动，因而不可能达

到高精度、低转速平稳运行的目的。直流力矩电机主要用于直接驱动闭环控制伺服系统中

（位置系统和速度系统）。