微型同步電動(dòng)機(jī)即指小功率同步電動(dòng)機(jī)，其功率由零點(diǎn)幾瓦到數(shù)百瓦。它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒為同步轉(zhuǎn)速n₁，使用在轉(zhuǎn)速要求恒定的控制設(shè)備和自動(dòng)裝置中。它的功能是將不變的交流信號(hào)變換為轉(zhuǎn)速恒定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，在自控系統(tǒng)中作執(zhí)行元件。

微型同步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)的定子是一樣的。轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子極數(shù)相同，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，不需要直流勵(lì)磁，因而沒(méi)有電刷與滑環(huán)，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與所用材料的不同，微型同步電動(dòng)機(jī)可分為永磁式、反應(yīng)式（磁阻式）和磁滯式幾種。

一、永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)

永磁式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子用永久磁鐵做成兩極或多極。N、S極沿圓周交替排列，如圖4—24所示。運(yùn)行時(shí)，定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)吸牢轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，亦即同步轉(zhuǎn)速n₁。轉(zhuǎn)子上負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，定子磁場(chǎng)磁極軸線與轉(zhuǎn)子磁極軸線之間的夾角相應(yīng)增大；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時(shí)，夾角相應(yīng)減小，轉(zhuǎn)速則始終恒定不變。但是負(fù)載轉(zhuǎn)矩不能超出一定限度（最大同步轉(zhuǎn)矩），否則電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)，稱為“失步”。永磁式同步電動(dòng)機(jī)與普通三相同步電動(dòng)機(jī)一樣，如不采取措施，則因轉(zhuǎn)子具有慣性，起動(dòng)時(shí)定、轉(zhuǎn)子磁極之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子所受到的平均轉(zhuǎn)矩為零，無(wú)法自行起動(dòng)。解決的辦法是在轉(zhuǎn)子上加裝籠式繞組，如圖4—24所示，利用異步電動(dòng)機(jī)的原理使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來(lái)，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)將轉(zhuǎn)子牽入同步，與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起同步旋轉(zhuǎn)，這種起動(dòng)方法稱為異步起動(dòng)法。

圖4—24  永磁式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子

永磁式同步電動(dòng)機(jī)出力大、體積小、耗電少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，廣泛用于自動(dòng)記錄儀表和程序控制系統(tǒng)中。

二、反應(yīng)式微型同步電動(dòng)機(jī)

反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由鐵磁性材料制成，本身沒(méi)有磁性，但是必須有直軸和交軸之分，直軸的磁阻小，交軸的磁阻大。圖4—25所示為反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片的幾種不同形式，其中（a）的外形為凸極結(jié)構(gòu)，靠直軸和交軸氣隙大小不同達(dá)到磁阻不等的要求，稱為外反應(yīng)式；（b）的外形為圓形，氣隙均勻，但在內(nèi)部開(kāi)有反應(yīng)槽2，使交軸方向的磁阻遠(yuǎn)大于直軸方向，稱為內(nèi)反應(yīng)式；（c）是既采用凸極結(jié)構(gòu)，又在內(nèi)部開(kāi)有反應(yīng)槽2，從而使交軸方向和直軸方向的磁阻差別更大，稱為內(nèi)外反應(yīng)式。沖片上的小圓孔隙3是供放籠型起動(dòng)繞組導(dǎo)條用的。

圖4—25  反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片

定子繞組通電時(shí)，氣隙中建立圓形或橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，作用于轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩或稱反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起以同步轉(zhuǎn)速n₁旋轉(zhuǎn)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁極軸線與轉(zhuǎn)子凸極軸線之間的夾角增大，反應(yīng)轉(zhuǎn)矩隨之增大，轉(zhuǎn)速n₁保持不變，不過(guò)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不能超過(guò)一定限度。反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)亦有起動(dòng)問(wèn)題，為此轉(zhuǎn)子上亦裝有籠型起動(dòng)繞組，采用異步起動(dòng)法起動(dòng)。

反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比永磁式更簡(jiǎn)單，成本更低，工作可靠，適用于精密機(jī)床、遙控裝置、錄象機(jī)和傳真機(jī)等。

三、磁滯式微型同步電動(dòng)機(jī)

磁滯式同步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與永磁式、反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)相同，轉(zhuǎn)子鐵心采用硬磁材料制成的圓柱體或圓環(huán)，裝配在非磁性材料制成的套筒上，典型的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖4—26所示。在功率極小的磁滯式同步電動(dòng)機(jī)中，定子采用罩極式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子由硬磁薄片組成，如圖4—27所示。

圖4—26    磁滯式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子典型結(jié)構(gòu)           圖4—27   罩極式磁滯同步電動(dòng)機(jī)

     下面以圖4—28為例說(shuō)明磁滯式同步電動(dòng)機(jī)的工作原理。圖中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為硬磁材料制成的實(shí)心轉(zhuǎn)子，定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以一對(duì)等效磁極表示，當(dāng)定子磁場(chǎng)固定不轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁疇（磁分子）受磁化，排列方向與定子磁場(chǎng)方向相一致，如圖4—28（a）所示，定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間只有徑向力，切向力和轉(zhuǎn)矩T=0。如果定子磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速n₁逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)磁化狀態(tài)，轉(zhuǎn)子磁疇?wèi)?yīng)跟隨定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，磁疇之間很大的摩擦力，使磁分子不能立即跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)同樣的角度，而始終要落后一個(gè)空間角度θ_c，θ_c稱為磁滯角。這樣轉(zhuǎn)子就成為一個(gè)磁極軸線落后于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁極軸線一個(gè)θ_c角的磁鐵，如圖4—28（b）所示。轉(zhuǎn)子所受的磁拉力除徑向分量以外還有一個(gè)切向分量，切向分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為磁

圖4—28   硬磁材料轉(zhuǎn)子的磁化

滯轉(zhuǎn)矩T_C，磁滯轉(zhuǎn)矩T_C使轉(zhuǎn)子朝旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生磁滯轉(zhuǎn)矩的條件是轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子受到旋轉(zhuǎn)磁化，但是磁滯轉(zhuǎn)矩的大小僅決定于硬磁材料的性質(zhì)，而與轉(zhuǎn)子異步運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，所以在轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，磁滯轉(zhuǎn)矩始終保持常數(shù)，只要負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_L不大于T_C，轉(zhuǎn)速就將上升，直至轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子不再被旋轉(zhuǎn)磁化，而是恒定磁化，這時(shí)，磁滯式同步電動(dòng)機(jī)就成為永磁式同步電動(dòng)機(jī)了。同步運(yùn)行以后，轉(zhuǎn)速恒定不變，轉(zhuǎn)子磁極軸線與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁極軸線之間的夾角改由負(fù)載大小決定，在0～θ_c之間。磁滯式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間有相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)。磁滯轉(zhuǎn)子中會(huì)產(chǎn)生渦流，與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生渦流轉(zhuǎn)矩。所以磁滯式同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，不僅有磁滯轉(zhuǎn)矩，還有渦流轉(zhuǎn)矩，不但能夠自行起動(dòng)，而且起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，這是這種電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)。

磁滯式同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、起動(dòng)性能好、噪聲小，常用于電鐘、自動(dòng)記錄儀表、錄音機(jī)和傳真機(jī)等。