帶側(cè)勵(lì)磁極永磁直流電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的計(jì)算
劉衛(wèi)國(guó) 李鐘明 李聲晉 蘆剛 竇滿鋒（西北工業(yè)大學(xué)西安710072）
【摘 要】針對(duì)帶側(cè)勵(lì)磁極的復(fù)合磁極結(jié)構(gòu)的永磁直流電動(dòng)機(jī)，分析其磁路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并得到一種等效去磁曲線求取工作點(diǎn)的計(jì)算方法。
【敘 詞】永磁電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)／工作點(diǎn)計(jì)算
在任何一種運(yùn)動(dòng)的電磁裝置中，設(shè)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(dòng)態(tài)品質(zhì)。因而，人們總是想方設(shè)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(shù)。
目前，只有超導(dǎo)材料在超導(dǎo)態(tài)時(shí)才表現(xiàn)出絕磁性質(zhì)，磁力線不能進(jìn)入呈超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)材料構(gòu)成的環(huán)路。一般物質(zhì)在常溫態(tài)都是導(dǎo)磁體，磁力線總要貫穿一般物體。因而在常溫態(tài)，沒(méi)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(jīng)得住較高的退磁場(chǎng)，它發(fā)出磁力線不僅可以進(jìn)入工作氣隙，而且還能有效的約束其它磁體發(fā)出的磁力線，使其更多的進(jìn)入工作氣隙。
帶有側(cè)極的復(fù)合磁極結(jié)構(gòu)永磁直流電動(dòng)機(jī)是電機(jī)中為提高氣隙磁密的一種較為典型的聚磁結(jié)構(gòu)電機(jī)。近年來(lái)，這種帶側(cè)極的聚磁結(jié)構(gòu)已應(yīng)用于永磁直流寬調(diào)逮電機(jī)中，獲得良好的效果。
具有聚磁結(jié)構(gòu)的磁系統(tǒng)不同于常規(guī)永磁電機(jī)的磁系統(tǒng)，增加了磁路分析的復(fù)雜性。本文提出一種較簡(jiǎn)單的分析方法．根據(jù)并聯(lián)磁路的原理．從等效去磁曲線上求取磁鐵工作點(diǎn)。這種方法經(jīng)磁場(chǎng)有限元分析校核，證明是正確可行的。文中還對(duì)側(cè)極的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定、側(cè)極和主極材料的匹配等進(jìn)行了討論。
1 帶側(cè)勵(lì)磁極的磁路工作點(diǎn)計(jì)算
用于直流伺服電動(dòng)機(jī)的一種典型的側(cè)極聚磁結(jié)構(gòu)如圖1所示。側(cè)極一般具有梯形截面．這是因?yàn)橐ＷC電機(jī)在每一極弧下占有整數(shù)齒槽數(shù)，以減小因齒槽效應(yīng)引起的氣隙磁通的變化，力求使轉(zhuǎn)矩保持恒定。當(dāng)然，也可以適當(dāng)調(diào)整主極的寬度，在保證每一極弧下占有整數(shù)齒槽時(shí)，使側(cè)極為矩形截面，以改善側(cè)極的工藝性。
顯然，這時(shí)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雪主，一部分是由側(cè)極提供的磁通④刪。對(duì)于提供氣隙磁通，側(cè)極和主極可看作是一種并聯(lián)關(guān)系。
對(duì)應(yīng)于圖1聚磁結(jié)構(gòu)的等值磁路如圖2所示。當(dāng)不計(jì)電機(jī)鐵部的磁阻時(shí)．并將主設(shè)磁勢(shì)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(cè)極的并聯(lián)關(guān)系。圖3b和圖3c代表只有主極和只有側(cè)級(jí)時(shí)的等值磁路。表示主極和側(cè)極本身的磁阻。由于電機(jī)氣隙一般較小，且在一般設(shè)置側(cè)極的直流永磁電機(jī)中，側(cè)極和主極磁化方向的長(zhǎng)度相對(duì)于氣隙是相當(dāng)大的，永磁體本身的磁阻又比較大，故氣隙磁阻遠(yuǎn)小于主極和側(cè)極的磁阻，即可先不計(jì)主、側(cè)極的漏磁。這樣，側(cè)極的設(shè)置，使電機(jī)氣隙磁能中不僅增加了側(cè)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(jì)圖3b和c的漏磁．當(dāng)磁路不飽和時(shí)．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(shè)想。
圖4中曲線l、3分別代表側(cè)極和主極的去磁特性。根據(jù)并聯(lián)磁路原理，將主、側(cè)極的去磁曲線在同一磁勢(shì)下分別相迭加，得到了等效去磁曲線。這時(shí)，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(diǎn)。即計(jì)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(diǎn)，即為電機(jī)的工作點(diǎn)。但是由圖1可以看出，側(cè)極的磁通路徑與主極的磁通路徑不完全相同，側(cè)極磁通不經(jīng)過(guò)機(jī)殼。因而在計(jì)算外磁路特性時(shí)，機(jī)殼磁密應(yīng)該按常規(guī)的方法乘以小于1的系 |
