同步电机之永磁电机的磁路计算

永磁电机的磁路由永磁体、空气隙和导磁材料组成，其等效磁路分为永磁体和外磁路两部分。

一、永磁体的等效磁路

从第二章的分析可知，永磁体工作点在回复线上，对于稀土钻永磁材料和常温下的钦铁硼永磁材料，其退磁曲线基本为直线，因此回复线与退磁曲线基本重合，为连接（0 , Br )和（H，0）两点的直线，如图3一n ( a）所示，可表示为。

对于铁氧体和高温下的钦铁硼永磁材料，其退磁曲线的拐点以上为直线，拐点以下为曲线，只要永磁体工作在拐点以上，回复线就与退磁曲线重合。在设计时，通常采取措施保证永磁体的工作点不低于拐点，因此其工作曲线为直线部分的延长线，如图3一n ( b）所示，可表示为。

对于铝镍钻永磁材料，其退磁曲线是弯曲的，回复线与退磁曲线不重合。在设计和使用时，要对其进行稳磁处理，预加可能的最大去磁磁动势，然后永磁体工作在以该工作点为起点的回复线上，如图3一n（。）所示，可表示为。

二、永磁电机外磁路

在永磁电机中，永磁体向外磁路提供磁通，该磁通的绝大部分匝链电枢绕组，是实现机电能量转换的基础，称为主磁通咖，也就是通常所说的每极气隙磁通。还有一部分磁通不与电枢绕组匝链，在永磁磁极之间、永磁磁极和结构件之间形成磁场，称为漏磁场，对应的磁通称为漏磁通，用砚表示。它们所经过的磁路分别称为主磁路和漏磁路，对应的磁导分别为主磁导A 。和漏磁导A 。 。

在电机中，漏磁场的分布非常复杂，无法准确计算漏磁导。对于永磁体非内置的永磁电机，其漏磁路大部分由空气组成，空气的磁导率小、磁阻大，铁磁部分的影响可以忽略，只考虑其中空气部分的影响，则漏磁导是常数。而对于永磁体内置的永磁电机，由于永磁体放置在铁心内部，漏磁较大，通常采用隔磁磁桥进行隔磁，漏磁路的主要部分是铁心，此时漏磁导不是常数，而是随所流过的磁通的变化而变化。主磁导通过主磁路的计算获得，而漏磁路的影响通常用漏磁系数考虑。

三、永磁电机的气隙磁压降计算

当永磁体内置或者有极靴时，永磁电机的外磁路与电励磁电机的磁路计算方法相同。但永磁体直接面对空气隙时，对气隙磁压降的计算影响较大，需予以单独考虑。众所周知，若气隙长度均匀、磁密在一个极距范围内均匀分布、铁心端部无磁场边缘效应，则气隙磁压降为。式中，中为每极磁通；母为气隙长度；二为极距；L 。为铁心长度。然而由于齿槽效应、气隙磁密的分布不均匀以及电机端部磁场边缘效应的存在，气隙磁压降计算变得比较复杂，通常用气隙系数K 。 、计算极弧系数气和电枢铁心有效长度Lef分别考虑上述3种因素的影响。在进行磁路计算时，通常每极磁通已知，则不考虑齿槽影响时磁极中』合对应的气隙磁密为。

因此，气隙磁压降计算的关键在于气隙系数K 。 、计算极弧系数ai和电枢铁心有效长度Lef的确定。由于永磁体的存在，永磁电机的齿槽效应、气隙磁场分布与电励磁电机明显不同，因而其气隙系数、计算极弧系数、电枢铁心有效长度和漏磁系数也与电励磁电机存在较大差异。

1．计算极弧系数的确定

电励磁电机中，在确定计算极弧系数时可以假定磁极表面为等标量磁位面。但在永磁电机中，永磁材料的磁导率接近于空气的磁导率，永磁磁极具有很大的磁阻，因此永磁磁极与气隙的交界面不能视为等磁位面。图3一13所示为气隙磁密径向分量在一个极距：内的分布。为便于磁路计算，将沿圆周分布不均匀的气隙磁密径向分量等效为均匀分布的矩形波，其高度为，宽度。根据换算前后磁通不变的原则，有布由此可知，计算极弧系数ai取决于一个极距内气隙磁密径向分量的分布。在表面式永磁电机中，大多采用瓦片形磁极。对于瓦片形磁极，有同心瓦片形和等半径瓦片形两种，有平行充磁和径向充磁两种方式，对于不同的形状和充磁方式，气隙磁场的波形不同，因而ai也不同。图3一14为一台4极永磁直流电机在极弧系数ap一0 . 667 、磁极高度与气隙长度之比hm / a一8 、气隙长度与极距之比司：一0 . 02，采用不同磁极形状和充磁方式时（参见第四章图4一8 )，一个极距内电枢表面气隙磁密径向分量的分布。以极弧系数ap 、磁极高度与气隙长度之比hm，、气隙长度与极距之比刃二为变量，计算了4极永磁直流电机在不同磁极形状和充磁方式下的计算极弧系数，图3一15一图3一19分别为径向充磁瓦片形磁极、平行充磁瓦片形磁极、两边平行瓦片形磁极、平行充磁等半径瓦片形磁极和径向充磁等半径瓦片形磁极永磁电机的计算极弧系数曲线。