1．磁路結(jié)構(gòu)
無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)在磁路結(jié)構(gòu)上的****特點(diǎn)是采用永磁體做轉(zhuǎn)子，而定子結(jié)構(gòu)基本上與交流電動(dòng)機(jī)相似。小功率無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式主要有圓柱式、星環(huán)氧玻璃布帶綁扎，以便起到保護(hù)永磁體和增加轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度的作用。
2．等效磁路圖上述四種結(jié)構(gòu)形式的磁路，均由永磁體、軟鐵和氣隙組成。假定通過氣隙進(jìn)入齒部的磁通不在電樞齒內(nèi)分流，面全部經(jīng)過軛部閉合，那么電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的等效磁路圖如
圖1．60中，Aw′m為虛設(shè)的永磁體內(nèi)磁勢，當(dāng)永磁體在回復(fù)直線上工作時(shí)，它的數(shù)值由回復(fù)直線的延長線與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)來決定；Am為永磁體的內(nèi)磁導(dǎo)，當(dāng)磁路的磁狀態(tài)處在回復(fù)直線上時(shí)，它可以被看作為常量，其值為
ur為永磁體的相對導(dǎo)磁率，也就是回復(fù)系數(shù)，常用永磁體材料的回復(fù)系數(shù)列于表1．18；
Sm為產(chǎn)生每極磁通的與磁力線相垂直的永磁體的計(jì)算中性截面積(c²)；
Lm為永磁體沿磁力線方向的一對磁極的計(jì)算長度(cm)。
電動(dòng)機(jī)加負(fù)載以后，電樞磁場就要對轉(zhuǎn)子磁場起反作用，這種反作用被稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)磁勢的直軸分量Awad，對轉(zhuǎn)子永磁體來說，有時(shí)起增磁作用，有時(shí)起去磁作用，它的大小和方向隨著轉(zhuǎn)子位置的變化而變化；電樞反應(yīng)磁勢的交軸分量Awad將使電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場發(fā)生畸變，磁力線扭曲。圓柱式結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)加負(fù)載后的氣隙磁場分布情況如圖l 61(a)所示。圖1．6l(b)為電動(dòng)機(jī)加負(fù)載時(shí)沿直軸方向的等效磁路圖，圖中Awad為電樞反應(yīng)磁勢的直軸分量，θm是電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)永磁體中性截面上發(fā)出的磁通，φδ和φσ。分別為電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的氣隙磁通和漏磁通。
星形式轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)和表面貼裝式轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)在加負(fù)載后，其電樞反應(yīng)對轉(zhuǎn)子永磁體和氣隙磁場的作用與圓柱式轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)相同。對于拼塊式轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)來講，電動(dòng)機(jī)加負(fù)載后，其電樞反應(yīng)磁勢的直軸分量Awad也將對轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生時(shí)面增磁和時(shí)而去磁的作用；但由于其轉(zhuǎn)子上具有軟鐵制成的磁極體，能給電樞反應(yīng)的交軸分量Awad提供一條不經(jīng)過永磁體的保護(hù)通路，致使氣隙磁場不會(huì)產(chǎn)生****性的畸變。
3．永磁體的****工作點(diǎn)
首先讓我們分析如圖1．62所示的磁路，它由長度為Lm、截面積為Sm的永磁體，長度為Lδ、截面積為Sδ的氣隙，以及軟鐵部分所組成。假設(shè)軟鐵的導(dǎo)磁率為無窮大，則有
忽略磁路的漏磁，根據(jù)磁通連續(xù)性原則，有
由公式(1 65)乘以公式(1．66)，得到
式中，Hδ為氣隙中的磁場強(qiáng)度；Bδ為氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度；Hm為永磁體中的磁場強(qiáng)度；Bm為永磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度；Vδ為氣隙的體積；Vm為永磁體的體積。
公式(1．68)還可以寫成
公式(1．70)表明，為了在一定氣隙內(nèi)產(chǎn)生一定的磁通，HmBm愈大，所需要的永磁體的體積Vm就愈小。
現(xiàn)在，我們進(jìn)一步討論如何獲得****的乘積(BH)max。位于第二象限內(nèi)的磁滯回線部分，被稱為去磁曲線，如圖1 63所示，它描繪了永磁體最終表現(xiàn)出來的宏觀特性。在通常情況下，含有永磁體的磁路是在去磁曲線上工作的。在圖1．63中左邊畫出了一條典型的去磁曲線B(H)；右邊是乘積(BH)與B的關(guān)系曲線，即以成績（BH）為橫坐標(biāo)，B為縱坐標(biāo)。圖中直線OK代表了氣隙的大小，它與去磁曲線姜交點(diǎn)D成為該磁路的永磁體的工作點(diǎn)而EF代表了乘積DE×DG。在去磁曲線上，不同的工作點(diǎn)就有不同的（BH）值，對應(yīng)于****值（BH）max的工作點(diǎn)， 被稱為永磁體的****工作點(diǎn)
有時(shí)，乘積（BH）max被認(rèn)為是永磁體所能提供的****能量。而實(shí)際上，單位體積的永磁體向外部空間提供的****能量，即比磁能為
在磁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該調(diào)整磁路系統(tǒng)的尺寸，使永磁體盡可能地工作在****工作點(diǎn)上。
在某些含有永磁體的磁路中，氣隙是可變的，如圖1．64(a)所示，它由永磁體、磁軛、銜鐵、不變的漏磁氣隙和可變的工作氣隙所組成。開始時(shí)，銜鐵被移至足夠遠(yuǎn)的地方，永磁體的工作點(diǎn)由它的原始漏磁導(dǎo)決定，如圖1 64(b)中的A點(diǎn)。此時(shí)，永磁體所發(fā)出的磁通全部是漏磁通，圖1．64(b)中的線段Ac就代表了永磁體中的漏磁通密度；線段Oc，即HO是永磁體中的磁場強(qiáng)度。
當(dāng)銜鐵向含有永磁體的磁路移近時(shí)，永磁體所發(fā)出的總磁通在漏磁通氣隙和工作氣隙之間按照它們磁導(dǎo)的大小成比例地分配。隨著銜鐵的漸漸移近，工作氣隙不斷減小，水磁體的工作就沿著回復(fù)直線AD上升，總磁通也相應(yīng)地逐漸增加。當(dāng)工作點(diǎn)移到Q點(diǎn)時(shí)，其有用磁通密度從零上升到QF值，漏磁通密度則從Ac下降到FG。此時(shí)，有用的比磁能和漏磁比磁能分別是面積QJKF和FK0G的一半，永磁體向外界提供的總比磁能是面積QJOG的一半。
當(dāng)銜鐵向含有永磁體的磁路移近時(shí)，永磁體所發(fā)出的總磁通在漏磁通氣隙和工作氣隙之間按照它們磁導(dǎo)的大小成比例地分配。隨著銜鐵的漸漸移近，工作氣隙不斷減小，水磁體的工作就沿著回復(fù)直線AD上升，總磁通也相應(yīng)地逐漸增加。當(dāng)工作點(diǎn)移到Q點(diǎn)時(shí)，其有用磁通密度從零上升到QF值，漏磁通密度則從Ac下降到FG。此時(shí)，有用的比磁能和漏磁比磁能分別是面積QJKF和FK0G的一半，永磁體向外界提供的總比磁能是面積QJOG的一半。
當(dāng)永磁體在回復(fù)條件下工作時(shí)，對應(yīng)有用磁通的能量被稱為有用的回復(fù)能量。對于給定的回復(fù)直線，當(dāng)AQ=QD，即Q點(diǎn)把回復(fù)直線AD二等分時(shí)，代表有用回復(fù)能量的比磁能的QF×OG乘積為****。在永磁體回復(fù)系數(shù)已知的情況下，就可以計(jì)算出由去磁曲線上任意一點(diǎn)發(fā)出的回復(fù)直線所具有的****有用回復(fù)能量。顯然，在去磁曲線上，總存在著一個(gè)特殊的點(diǎn)A，從該點(diǎn)發(fā)出的回復(fù)直線具有比任何其他回復(fù)直線大的有用回復(fù)能量。這個(gè)具有****有用回復(fù)能量的回復(fù)直線的起始點(diǎn)，在去磁曲線上位于某一個(gè)稍低于具有****磁能積(BH)max的點(diǎn)上。
在磁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該調(diào)整磁路系統(tǒng)的尺寸，即改變點(diǎn)A和點(diǎn)Q的位置，使永磁體盡可能在****有用回復(fù)能量的條件下工作。如果對于給定的永磁體材料，在整個(gè)去磁曲線B(H)上，所有回復(fù)直線具有同樣的斜率，我們就可畫出具有****有用回復(fù)能量的等強(qiáng)線，見圖1．64(b)。以此，可以檢查永磁體是否工作在****工作點(diǎn)上。
水磁電動(dòng)機(jī)中，水磁體在氣隙內(nèi)建立的磁場，向氣隙提供一定的能量；而具有一定磁阻的外磁路，對永磁體起著一種去磁作用。在磁路不飽和的情況下，通�？梢杂靡粭l直線來描述外磁路的特性，如圖1. 65中的直線oP，它與橫坐標(biāo)軸之間的夾角a僅取決于氣隙和外磁路系統(tǒng)的尺寸。我們把直線0P稱為空載工作線。電動(dòng)機(jī)加負(fù)載后，由于 存在著電樞反應(yīng)直輔去磁磁勢，空載工作線就會(huì)向左移動(dòng)。圖1．65中直線QH就是電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載條件下運(yùn)行時(shí)的工作線，稱之為負(fù)載工作線。空載工作線0P和負(fù)載工作線QH分別與回復(fù)直線Bm=g(Hm)相交于P點(diǎn)和H點(diǎn)，我們稱P點(diǎn)為永磁體的空載工作點(diǎn)，H點(diǎn)為永磁體的負(fù)載工作點(diǎn)。
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