永磁同步电机之永磁电机磁路计算基础

    水磁电机与电励磁电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。水磁体的磁性能不仅与生幸厂的制造工艺有关，还与永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关，具体性能数据的分散性很大。而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。此外，永磁电机的磁路结构多种多样，漏磁路十分复杂而且漏磁通占的比例较大，铁磁材料部分又比较饱和，磁导是非线性的。这些都增加了永磁电机电磁计算的复杂性，使计算结果的准确度低于电励磁电机。

在永磁电机内部实际存在的是多种形式的三维交变电磁场，要想准确地弄清它在空间的分布情况和随时间的变化规律，从而求出电机的动稳态性能比较困难。随着计算机技术和电磁场数值解法的迅速发展，目前在某些场合已开始用直接求解电磁场的方法来分析磁场分布和永磁电机的性能。这将在本书第4章进行介绍。

为了简化分析计算，目前在许多工程间题中仍常采用“场化路”的方法，将空间实际存在的不均匀分布的磁场转化成等效的多段磁路，并近似认为在每段磁路中磁通沿截面和长度均匀分布，将磁场的计算转化为磁路的计算，然后用各种系数来进行修正，使各段磁路的磁位差等于磁场中对应点之间的磁位差。这样可以大大减少计算所需的时间，在方案估算、初始方案设计和类似结构的方案比较时更为实用。在积累了一定的经验，取得各种实际的修正系数后，其计算精度可以满足工程实际的需要。

在水磁电机发展的早期，由于当时所用永磁材料的退磁曲线大多是曲线，磁路的解析求解比较困难，因而形成了以永磁体工作图图解法为主的磁路计算方法，近年来，由于新出现的稀土水磁和铁氧体永磁的退磁曲线为直线或部分为直线，回复线与其直线段相重合，也由干计算机的普及应用，经过电机学术界的努力，逐步发展和形成了适于应用计算机求解的以等效磁路解析求解为主，用电磁场计算和实验验证得出的各种系数进行修正的一整套分析计算方法和计算机辅助设计软件。本章在总结国内外关于永磁电机磁路计算理论和方法的基础上，先从分析永磁体的模拟模型着手，导出两种等效磁路；然后建立以标么值表示的解析算法和永磁体工作图法；同时阐述与磁路计算有关的基本概念。这样建立的磁路计算方法既适于用计算机求解，又概念清楚，与电磁场计算和实验验证相结合后还可大大提高计算精度。至于各种修正系数，则在后续各章中针对各种永磁电机分别予以介绍。

1永磁电机的等效磁路

1 . 1永磁体等效成磁通源或磁动势源

为了便于分析研究，先从退磁曲线为直线、回复线与退磁曲线重合的稀土永磁材料的模拟着手，导出磁通源和磁动势源两种等效磁源，然后推广应用到其他永磁材料。前面已介绍，在均匀磁性材料中，磁感应强度B 、磁化强度M和磁场强度H间的关系为。

进一步研究表明，永磁材料的磁化强度M Mr + ZH．式中Mr为剩余磁化强度，对于特定的永磁材料是个常量。 x为永磁材料的磁化系数，一般情况下是磁场强度的函数，与相对回复磁导率间存在的关系为踌一1 + x 。由此，上两式变为。因此，永磁体也可以等效成一个恒磁动势源F与一个恒定的内磁导A 。相串联的磁动势源，如图33所示。它与图32所示的磁通源是等效的，二者可以互换。在应用时可以根据不同的使用场合，从方便出发进行选择．