三相永磁同步电机之空载工作点确定

    假定磁路不饱和，铁心中的磁位差可以忽略，同时忽略电枢反应，则。

    同圆柱式电机一样，盘式永磁电机主磁极产生的总磁通截也分为主磁通妈和漏磁通丸两部分，其漏磁系数。式中气隙磁密分布系数，定义为气隙磁密沿圆周分布曲线所对应的幅值随半径变化曲线的平均值与最大值之比，它同时考虑了气隙磁密的三维分布、边缘效应和电枢绕组端部伸长对气隙磁密幅值的影响。

1.1盘式永磁直流电动机三维磁场分析

盘式永磁电动机的磁场实际分布比较复杂，为了精确计算磁场分布，需要进行三维磁场计算。通过三维磁场计算还可以求出漏磁系数、气隙磁密分布系数和计算极弧系数等主要参数。

盘式永磁直流电动机的空载磁场是静磁场，可用标量位进行计算。用等效磁荷模拟永磁体效应，取一个极的范围为求解区，如图9-10所示。本书作者选用钦铁硼水磁材料，对不同极数和磁极尺寸，在不同气隙长度占、不同水磁体长度如和不同极弧系数条件下进行计算，得出的结果如图9一n～图9一15所示。

    磁场计算结果表明：1）气隙磁密的分布与半径r有关，在某一半径处气隙磁密的分布基本为平顶波，在平均半径附近气隙磁密幅值最大，而在靠近内、外径处，由于受边缘效应的影响，气隙磁密的幅值下降（见图9-11和图9-12）。

2）如用平均半径处气隙磁密来代替实际的气隙磁密，需要引入气隙磁密分布系数K；以保证每极磁通量不变．从气隙磁密幅值变化曲线上看，气隙磁密分布系数小于1，一般在85一。．朋范围内。

3）气隙磁密最大值B，基本与极弧系数a，无关（见图9-13 ) ,而主要决定于永磁体磁化方向长度和气隙长度之比（见图9一14）。

4）计算极弧系数。受永磁体磁化方向长度与气隙长度之比的影响不大，主要决定于极距与气隙长度之比r／占。当日J较小时，计算极弧系数小于极弧系数；随着叮占增大，计算极弧系数逐渐增大，直至等于极弧系数（见图9-15）。

5）通过分析铁磁‘材料中的磁密分布可知，盘式永磁电机磁路基本不饱和。所以在进行磁路分析时，不考虑铁磁材料的饱和影响会带来一定的误差，但在工程上是可行的。

2.1空载漏磁系数计算

    空载漏磁系数的计算，对于确定永磁体工作点、准确进行磁路计算有重要作用。虽然通过三维磁场数值分析可以确定空载漏磁系数，但这种方法目前还难以在工程上推广。本书作者通过二维电磁场有限元方法求出了盘式直流电机的空载漏磁系数的变化规律。

分析发现：在图9一9a所示的磁极中心处径向截面和图9一9b所示的平均半径处周向截面上，用二维磁场计算求得的气隙磁密分布与三维场分析结果非常接近。在进行磁场分析时取图9一9a所示的径向截面所构成区域为径向场域，取图g叱所示的周向截面中一个极范围为周向场域，图9-16和图9一17为相应的磁通分布和磁密分布。相应地，其空载漏磁系数也可按这种方法求出。由于在分析径向场域时，忽略了周向漏磁；分析周向场域时忽略了径向漏磁，所以总空载漏磁系数。

    此外，对图9一9a所示的区域，如果取磁极的磁中心线为边界并忽略铁磁材料的饱和影响，可以得到漏磁场计算的统一模型，如图9一18所示。图中l为漏磁域宽度。

    本书作者通过计算不同情况、不同漏磁域宽度下的空载漏磁系数，发现当漏磁域宽度小于。 6cm时，减小漏磁域宽度，空载漏磁系数将急剧增加；而当漏磁域宽度大于km时．继续增大漏磁域宽度，空载漏磁系数的变化很小。图9-19显示了不同情况下空载漏磁系数随漏磁域宽度变化的规律．

因此，当漏磁域宽度较大时，漏磁域宽度变化对空载漏磁系数的影响可以忽略。这同时也应作为盘式永磁电机的一条设计准则，即应尽量保证漏磁域宽度大子km在电机的结构上，一般轴外表面到永磁体内表面距离都大于Icm，设计时应保证永磁体外表面到定子辘内表面的距离大于1cm 。

    在漏磁域宽度一定的情况下，径向漏磁系数只与水磁体径向长度l 、永磁体磁化方向厚度h 、 、气隙长度咨有关。本书作者经过大量计算和实验验证，给出了永磁体不同径向长度和不同的磁化方向长度气隙长度比时径向漏磁系数的值，如图9一20a一e所示。

     周向漏磁系数。：与盘式永磁电机的平均直径、极对数、极弧系数、永磁体磁化方向长度以及气隙长度有关。分析结果表明：当极距与气隙长度比相等、永磁体厚度与气隙长度之比相等时，周向漏磁系数相等，这主要是因为不考虑铁磁材料的饱和影响时，空载漏磁系数仅决定于气隙磁导和漏磁导。本书给出了不同极弧系数a，、不同极距与气隙长度比、不同永磁体厚度与气隙长度比情况下，周向漏磁系数的值，如图9一21a一d所示。从图中可以看出，当r／占＜15时，周向漏磁系数将急剧增加。所以，对直径较小的电机应取较少的极对数，以减少漏磁。