同步電機(jī)之永磁電機(jī)的磁路計(jì)算

永磁電機(jī)的磁路由永磁體、空氣隙和導(dǎo)磁材料組成，其等效磁路分為永磁體和外磁路兩部分。

一、永磁體的等效磁路

從第二章的分析可知，永磁體工作點(diǎn)在回復(fù)線(xiàn)上，對(duì)于稀土鉆永磁材料和常溫下的欽鐵硼永磁材料，其退磁曲線(xiàn)基本為直線(xiàn)，因此回復(fù)線(xiàn)與退磁曲線(xiàn)基本重合，為連接（0 , Br )和（H，0）兩點(diǎn)的直線(xiàn)，如圖3一n ( a）所示，可表示為。

對(duì)于鐵氧體和高溫下的欽鐵硼永磁材料，其退磁曲線(xiàn)的拐點(diǎn)以上為直線(xiàn)，拐點(diǎn)以下為曲線(xiàn)，只要永磁體工作在拐點(diǎn)以上，回復(fù)線(xiàn)就與退磁曲線(xiàn)重合。在設(shè)計(jì)時(shí)，通常采取措施保證永磁體的工作點(diǎn)不低于拐點(diǎn)，因此其工作曲線(xiàn)為直線(xiàn)部分的延長(zhǎng)線(xiàn)，如圖3一n ( b）所示，可表示為。

對(duì)于鋁鎳鉆永磁材料，其退磁曲線(xiàn)是彎曲的，回復(fù)線(xiàn)與退磁曲線(xiàn)不重合。在設(shè)計(jì)和使用時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)磁處理，預(yù)加可能的最大去磁磁動(dòng)勢(shì)，然后永磁體工作在以該工作點(diǎn)為起點(diǎn)的回復(fù)線(xiàn)上，如圖3一n（。）所示，可表示為。

二、永磁電機(jī)外磁路

在永磁電機(jī)中，永磁體向外磁路提供磁通，該磁通的絕大部分匝鏈電樞繞組，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，稱(chēng)為主磁通咖，也就是通常所說(shuō)的每極氣隙磁通。還有一部分磁通不與電樞繞組匝鏈，在永磁磁極之間、永磁磁極和結(jié)構(gòu)件之間形成磁場(chǎng)，稱(chēng)為漏磁場(chǎng)，對(duì)應(yīng)的磁通稱(chēng)為漏磁通，用硯表示。它們所經(jīng)過(guò)的磁路分別稱(chēng)為主磁路和漏磁路，對(duì)應(yīng)的磁導(dǎo)分別為主磁導(dǎo)A 。和漏磁導(dǎo)A 。 。

在電機(jī)中，漏磁場(chǎng)的分布非常復(fù)雜，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算漏磁導(dǎo)。對(duì)于永磁體非內(nèi)置的永磁電機(jī)，其漏磁路大部分由空氣組成，空氣的磁導(dǎo)率小、磁阻大，鐵磁部分的影響可以忽略，只考慮其中空氣部分的影響，則漏磁導(dǎo)是常數(shù)。而對(duì)于永磁體內(nèi)置的永磁電機(jī)，由于永磁體放置在鐵心內(nèi)部，漏磁較大，通常采用隔磁磁橋進(jìn)行隔磁，漏磁路的主要部分是鐵心，此時(shí)漏磁導(dǎo)不是常數(shù)，而是隨所流過(guò)的磁通的變化而變化。主磁導(dǎo)通過(guò)主磁路的計(jì)算獲得，而漏磁路的影響通常用漏磁系數(shù)考慮。

三、永磁電機(jī)的氣隙磁壓降計(jì)算

當(dāng)永磁體內(nèi)置或者有極靴時(shí)，永磁電機(jī)的外磁路與電勵(lì)磁電機(jī)的磁路計(jì)算方法相同。但永磁體直接面對(duì)空氣隙時(shí)，對(duì)氣隙磁壓降的計(jì)算影響較大，需予以單獨(dú)考慮。眾所周知，若氣隙長(zhǎng)度均勻、磁密在一個(gè)極距范圍內(nèi)均勻分布、鐵心端部無(wú)磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)，則氣隙磁壓降為。式中，中為每極磁通；母為氣隙長(zhǎng)度；二為極距；L 。為鐵心長(zhǎng)度。然而由于齒槽效應(yīng)、氣隙磁密的分布不均勻以及電機(jī)端部磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)的存在，氣隙磁壓降計(jì)算變得比較復(fù)雜，通常用氣隙系數(shù)K 。 、計(jì)算極弧系數(shù)氣和電樞鐵心有效長(zhǎng)度Lef分別考慮上述3種因素的影響。在進(jìn)行磁路計(jì)算時(shí)，通常每極磁通已知，則不考慮齒槽影響時(shí)磁極中』合對(duì)應(yīng)的氣隙磁密為。

因此，氣隙磁壓降計(jì)算的關(guān)鍵在于氣隙系數(shù)K 。 、計(jì)算極弧系數(shù)ai和電樞鐵心有效長(zhǎng)度Lef的確定。由于永磁體的存在，永磁電機(jī)的齒槽效應(yīng)、氣隙磁場(chǎng)分布與電勵(lì)磁電機(jī)明顯不同，因而其氣隙系數(shù)、計(jì)算極弧系數(shù)、電樞鐵心有效長(zhǎng)度和漏磁系數(shù)也與電勵(lì)磁電機(jī)存在較大差異。

1．計(jì)算極弧系數(shù)的確定

電勵(lì)磁電機(jī)中，在確定計(jì)算極弧系數(shù)時(shí)可以假定磁極表面為等標(biāo)量磁位面。但在永磁電機(jī)中，永磁材料的磁導(dǎo)率接近于空氣的磁導(dǎo)率，永磁磁極具有很大的磁阻，因此永磁磁極與氣隙的交界面不能視為等磁位面。圖3一13所示為氣隙磁密徑向分量在一個(gè)極距：內(nèi)的分布。為便于磁路計(jì)算，將沿圓周分布不均勻的氣隙磁密徑向分量等效為均勻分布的矩形波，其高度為，寬度。根據(jù)換算前后磁通不變的原則，有布由此可知，計(jì)算極弧系數(shù)ai取決于一個(gè)極距內(nèi)氣隙磁密徑向分量的分布。在表面式永磁電機(jī)中，大多采用瓦片形磁極。對(duì)于瓦片形磁極，有同心瓦片形和等半徑瓦片形兩種，有平行充磁和徑向充磁兩種方式，對(duì)于不同的形狀和充磁方式，氣隙磁場(chǎng)的波形不同，因而ai也不同。圖3一14為一臺(tái)4極永磁直流電機(jī)在極弧系數(shù)ap一0 . 667 、磁極高度與氣隙長(zhǎng)度之比hm / a一8 、氣隙長(zhǎng)度與極距之比司：一0 . 02，采用不同磁極形狀和充磁方式時(shí)（參見(jiàn)第四章圖4一8 )，一個(gè)極距內(nèi)電樞表面氣隙磁密徑向分量的分布。以極弧系數(shù)ap 、磁極高度與氣隙長(zhǎng)度之比hm，、氣隙長(zhǎng)度與極距之比刃二為變量，計(jì)算了4極永磁直流電機(jī)在不同磁極形狀和充磁方式下的計(jì)算極弧系數(shù)，圖3一15一圖3一19分別為徑向充磁瓦片形磁極、平行充磁瓦片形磁極、兩邊平行瓦片形磁極、平行充磁等半徑瓦片形磁極和徑向充磁等半徑瓦片形磁極永磁電機(jī)的計(jì)算極弧系數(shù)曲線(xiàn)。