聚磁技術(shù)在電機(jī)中的應(yīng)用
毛永毅（西安郵電學(xué)院710061）
隨著永磁電機(jī)的發(fā)展，聚磁技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用。所謂聚磁技術(shù)就是巧妙運(yùn)用永磁體和導(dǎo)磁體的各種排列，盡可能把磁源所產(chǎn)生的磁通量匯聚到工作氣隙中去。在高矯頑力的永磁材料問世以前，在各種低矯頑力金屬永磁材料的磁路結(jié)構(gòu)中，人們也曾盡力想使磁量集中到工作氣隙中去，但是由于矯頑力低，一方面造成了永磁體的退磁，另一方面造成了大量漏磁，所以聚磁效果不理想。因此，為了把盡可能多的磁通量匯聚到工作氣隙中，只有依靠高矯頑力的永磁體。這種永磁體能夠經(jīng)得住較強(qiáng)的退磁場，它發(fā)出的磁力線不僅可以進(jìn)入工作氣隙，而且還能將其它永磁體發(fā)出的磁力線加以約束，使其更多地進(jìn)入工作氣除。聚磁技術(shù)的基礎(chǔ)正是最普通的同性相斥和異性相吸[1]。
聚磁技術(shù)自60年代問世以來已引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。但是，由于聚磁結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尤其是聚磁結(jié)構(gòu)的磁場分析和計(jì)算不能給出比較精確的解，使得人們對聚磁結(jié)構(gòu)的研究受到了一定制約。。人們對聚磁結(jié)構(gòu)中永磁體的合理搭配沒有得出比較好的定性結(jié)論。本文用計(jì)算機(jī)編制了聚磁結(jié)構(gòu)有限元自動剖分與分析軟件，利用這二軟件對兩種典型的聚磁結(jié)構(gòu)，即直流寬調(diào)速電杌聚磁結(jié)構(gòu)和永磁同步電動機(jī)聚磁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和計(jì)算，并結(jié)合高磁密磁路的特點(diǎn)，得出了在聚磁結(jié)構(gòu)中各種磁鋼合理搭配取得****聚磁效果的結(jié)論。
1直流寬調(diào)速電機(jī)聚磁結(jié)構(gòu)磁路分析
直流寬調(diào)速電機(jī)的一種典型的聚磁結(jié)構(gòu)如圖1所示，定子采用了主、側(cè)極搭配的聚磁結(jié)構(gòu)形式。
電機(jī)氣隙的磁通由兩部分組成：一部分是由主極提供的磁通垂圭，一部分是由側(cè)極提供的磁通函傭。對于氣隙磁通，主極和側(cè)極可看作是一種并聯(lián)關(guān)系[2]。
圖1聚磁結(jié)構(gòu)的等值磁路如圖2所示，F(xiàn)1和F2分別表示主極和側(cè)極的磁勢，R1、R2、R3分別表示機(jī)殼、極靴和電樞的磁阻，Ra表示氣隙的磁阻。當(dāng)不計(jì)電機(jī)鐵部的磁阻，并將主極的磁勢合二為一，則圖2所示的等值磁路可用圖3表示[3]，這就十分明顯的表示出主極和側(cè)極的并聯(lián)關(guān)系。這樣，側(cè)極的設(shè)置，使電機(jī)的氣隙磁能中不僅增加了側(cè)極部分的磁通量，而且有效地阻斷了主極的極間漏磁，使得氣隙磁通量明顯增大。
2算例
2.1聚磁結(jié)構(gòu)FB-25直流寬調(diào)速電機(jī)樣機(jī)主要幾何尺寸及材料
2.1.1定子部分
(l) 材料 D21
(2)外徑 16.8cm
(3)內(nèi)徑 15.78cm
(4)長度 25．0cm
(5)外徑每邊長 9.7cm
(6)內(nèi)徑每邊長 6．0cm
(7)主氣隙寬度 0.09cm
(8)極弧系數(shù) 0.842
2.1·2轉(zhuǎn)子部分
(1)材料 D21
(2)外徑 12. 0cm
(3)內(nèi)徑 3.95cm
(4)長度 17. 2cm
(5)齒槽數(shù) 57
(6)槽型 平行齒梯形槽
(7)槽高 1.4cm
(8)齒寬 0.17cm
2.1·3磁極部分
(1)方形主磁極材料 鐵氧體Y35
(2)方形主磁極長度 17. 4cm
(3)方形主磁極寬度 6.Ocm
(4)窮形主磁極高度 1.5cm
(5)梯形側(cè)磁極材料 粘接SmCo
(6)梯形側(cè)磁極長度 17. 4cm
(7)梯形倆磁極下底寬 1.194cm
(8)梯形側(cè)磁極上底寬 1.26cm
(9)梯形側(cè)磁極高度 0.9cm
2.1.4極靴部分
(1)極靴材料 D21
(2)極靴長度 17. 4cm
(3)極靴寬度 6.0cm
(4)極靴內(nèi)徑 12.18cm
2.2磁勢匹配原則
由聚磁結(jié)構(gòu)直流寬調(diào)速電機(jī)的磁路分析可知，這種電機(jī)的磁路為并聯(lián)結(jié)構(gòu)磁路，要求滿足2Ft=FaH，其中三主和兩側(cè)分別為主、側(cè)極充磁方向長度。
通過對永磁同步電動機(jī)聚磁結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，結(jié)果與直流寬調(diào)速電機(jī)類似，當(dāng)滿足磁勢匹配原則時(shí)，聚磁效果****。
3聚磁技術(shù)應(yīng)用的基本準(zhǔn)則
根據(jù)磁路分析和實(shí)例的有限元分析計(jì)算，可以得出結(jié)論：在聚磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用時(shí)，主極與側(cè)極或徑向磁極與切向磁極材料的合理搭配是能否充分發(fā)揮聚磁效果的關(guān)鍵。一般，主、側(cè)極和徑、切向磁極搭配或其它類型的聚磁結(jié)構(gòu)均為并聯(lián)型磁路結(jié)構(gòu)。與電路相似，在并聯(lián)磁路中兩個(gè)并聯(lián)的磁源的磁勢要滿足磁勢基本相等的原則。一般要求由主極提供主要的氣隙磁通，主極體積較大，充磁方向長度較長，通常要選用矯頑力較低的材料作主極，由于側(cè)極較小，充磁方向長度較短，通常選用矯頑力較高的材料，這樣容易做到磁勢的匹配，滿足磁勢相等的原則。如果主、側(cè)極磁勢不匹配，即主、側(cè)極磁勢相差懸殊，郎使采用性能更好的材料或者使用更多的永磁材料，也有可能使氣隙磁密下降，而且還有可能造成磁鋼的退磁，將會造成磁鋼的利用不夠充分。
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