帶側勵磁極永磁直流電動機工作點的計算

劉衛國  李鐘明  李聲晉  蘆剛  竇滿鋒（西北工業大學西安710072）

    【摘  要】針對帶側勵磁極的復合磁極結構的永磁直流電動機，分析其磁路結構特點，并得到一種等效去磁曲線求取工作點的計算方法。

    【敘  詞】永磁電機直流電動機勵磁結構／工作點計算

    在任何一種運動的電磁裝置中，設法提高工作氣隙的磁密，將能有效地提高裝置的出力，改善裝置的動態品質。因而，人們總是想方設法把更多的磁通量匯聚到工作氣隙中去。這種把盡可能多的磁通量匯聚到工作氣隙中去的方法，叫做聚磁技術。

    目前，只有超導材料在超導態時才表現出絕磁性質，磁力線不能進入呈超導態的超導材料構成的環路。一般物質在常溫態都是導磁體，磁力線總要貫穿一般物體。因而在常溫態，沒有一種材料能夠幫助匯集磁力線。為了把更多的磁通量匯集到工作氣隙中去，只能依靠高矯頑力的永磁體。

    高矯頑力永磁體能經得住較高的退磁場，它發出磁力線不僅可以進入工作氣隙，而且還能有效的約束其它磁體發出的磁力線，使其更多的進入工作氣隙。

    帶有側極的復合磁極結構永磁直流電動機是電機中為提高氣隙磁密的一種較為典型的聚磁結構電機。近年來，這種帶側極的聚磁結構已應用于永磁直流寬調逮電機中，獲得良好的效果。

    具有聚磁結構的磁系統不同于常規永磁電機的磁系統，增加了磁路分析的復雜性。本文提出一種較簡單的分析方法．根據并聯磁路的原理．從等效去磁曲線上求取磁鐵工作點。這種方法經磁場有限元分析校核，證明是正確可行的。文中還對側極的結構參數確定、側極和主極材料的匹配等進行了討論。

    用于直流伺服電動機的一種典型的側極聚磁結構如圖1所示。側極一般具有梯形截面．這是因為要保證電機在每一極弧下占有整數齒槽數，以減小因齒槽效應引起的氣隙磁通的變化，力求使轉矩保持恒定。當然，也可以適當調整主極的寬度，在保證每一極弧下占有整數齒槽時，使側極為矩形截面，以改善側極的工藝性。

   

    顯然，這時電機氣隙的磁通由兩部分組成：一部分是由主極提供的磁通雪主，一部分是由側極提供的磁通④刪。對于提供氣隙磁通，側極和主極可看作是一種并聯關系。

    對應于圖1聚磁結構的等值磁路如圖2所示。當不計電機鐵部的磁阻時．并將主設磁勢合二為一，則圖2的等值磁路可用圖3a表示，這就明顯地表示出主極和側極的并聯關系。圖3b和圖3c代表只有主極和只有側級時的等值磁路。表示主極和側極本身的磁阻。由于電機氣隙一般較小，且在一般設置側極的直流永磁電機中，側極和主極磁化方向的長度相對于氣隙是相當大的，永磁體本身的磁阻又比較大，故氣隙磁阻遠小于主極和側極的磁阻，即可先不計主、側極的漏磁。這樣，側極的設置，使電機氣隙磁能中不僅增加了側極部分的磁通量，并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。

   

    若不計圖3b和c的漏磁．當磁路不飽和時．圖3a可以看作是圖3b和c二種的迭加；作者提出一種等效去磁曲線的設想。

    

    圖4中曲線l、3分別代表側極和主極的去磁特性。根據并聯磁路原理，將主、側極的去磁曲線在同一磁勢下分別相迭加，得到了等效去磁曲線。這時，可將此聚磁路看作是具有單一的假想磁極，等效去磁曲線2即代表這一假想礅極的去磁。

    

     得到等效的去磁曲線之后，可以按一般的方法從磁鐵工作圖上求解工作點。即計算出外磁路的磁化特性曲線，該曲線與等效去磁曲線的交點，即為電機的工作點。但是由圖1可以看出，側極的磁通路徑與主極的磁通路徑不完全相同，側極磁通不經過機殼。因而在計算外磁路特性時，機殼磁密應該按常規的方法乘以小于1的系