永磁電機(jī)的3種磁路分類方式

磁路的分類

永磁磁路按永磁體的工作狀態(tài)不同可分為靜態(tài)永磁磁路和動(dòng)態(tài)永磁磁路。靜態(tài)永磁磁路有固定氣隙，工作狀態(tài)保持一定，主要存在于儀表、揚(yáng)聲器等，圖為一靜態(tài)永磁磁路。動(dòng)態(tài)永磁磁路的磁阻或外磁場(chǎng)處于變化之中，永磁體的工作點(diǎn)也隨之變化，永磁電機(jī)的磁路就是典型的動(dòng)態(tài)永磁磁路。

永磁電機(jī)與電勵(lì)磁電機(jī)的電樞結(jié)構(gòu)相同，主要區(qū)別在于前者的磁極為永磁體。永磁電機(jī)磁路的形式多種多樣，有許多不同的分類方法。

1、按永磁體所在的位置分類

按永磁體所在的位置不同，可分為旋轉(zhuǎn)磁極式和旋轉(zhuǎn)電樞式。圖(a)為旋轉(zhuǎn)磁極式磁路結(jié)構(gòu)，永磁體在轉(zhuǎn)子上，電樞是靜止的，永磁同步電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)都采用該種結(jié)構(gòu)；圖(b)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)區(qū)式磁路結(jié)構(gòu)，其永磁體在定子上，電樞旋轉(zhuǎn)，永磁直流電機(jī)采用該種結(jié)構(gòu)。

2、按所使用的永磁材料種類多少分類

根據(jù)電機(jī)中永磁材料種類的多少，可分為單一式結(jié)構(gòu)和混合式結(jié)構(gòu)。在一臺(tái)電機(jī)中，只采用一種永磁材料，稱為單一式結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)電機(jī)都采用該種結(jié)構(gòu)。若同一臺(tái)電機(jī)中采用兩種或兩種以上永磁材料，則稱為混合式結(jié)構(gòu)。混合式結(jié)構(gòu)通常采用兩種性能特點(diǎn)不同的永磁體，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮永磁材料的優(yōu)勢(shì)，提高電機(jī)的性能，降低制造成本。如下圖為永磁直流電動(dòng)機(jī)中的混合式磁極結(jié)構(gòu)，將矯頑力低的永磁體1(如鐵氧體)置于磁極的前部，將矯頑力高的永磁體2(如釹鐵硼)置于磁極的后部。

3、按永磁體安置方式分類

按永磁體安置的方式不同，可分為表面式（表貼式）和內(nèi)置式（內(nèi)嵌式），如下圖所示。表面式磁極的永磁體直接面對(duì)空氣隙，具有加工和安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，但永磁體直接承受電樞反應(yīng)的去磁作用;內(nèi)置式磁極的水磁體置于鐵心內(nèi)部，加工和安裝工藝復(fù)雜，漏磁大，但可以放置較多的永磁體以提高氣隙磁密、減小電機(jī)的重量和體積。

4、按永磁體的形狀分類

進(jìn)行永磁體設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證永磁體在磁路中產(chǎn)生足夠的磁通和磁動(dòng)勢(shì)，若所采用的永磁材料不同，則永磁體的形狀也不同。鋁鎳鈷剩磁密度高、矯頑力小，通常做成細(xì)長(zhǎng)的形狀;鐵氧體和稀土永磁材料矯頑力大，由于其相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率接近1，磁阻大，當(dāng)充磁方向長(zhǎng)度增加到一定程度后，繼續(xù)增大充磁方向長(zhǎng)度，永磁體對(duì)外提供的磁通增加很少，因此通常采用扁平結(jié)構(gòu)。根據(jù)永磁體的形狀不同，可分為瓦片形、弧形、環(huán)形、爪極式、星形和矩形磁極。

（1）瓦片形

在永磁電機(jī)中，瓦片形磁極應(yīng)用廣泛。瓦片形磁極通常有同心瓦片形磁極和等半徑瓦片形磁極兩種，如下圖所示。由于燒結(jié)釹鐵硼材料的毛坯為長(zhǎng)方體，一般采用線切割方法加工，同心瓦片形磁極的材料利用率較低，一般為40%~50%。采用等半徑瓦片形磁極結(jié)構(gòu)，既可提高材料利用率，又可降低線切割加工費(fèi)用，永磁體材料利用率可提高到80%。

（2）弧形

弧形磁極構(gòu)成的磁路系統(tǒng)如下圖所示。這種磁極為圓弧形，沿著圓弧方向充磁，其特點(diǎn)是每極的磁通由兩塊永磁體并聯(lián)提供，充磁方向長(zhǎng)度大，適合于鋁鎳鈷永磁。

（3）環(huán)形

環(huán)形磁極如下圖所示，為一整體的圓環(huán)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工和裝配方便等優(yōu)點(diǎn)，在永磁直流電機(jī)中應(yīng)用廣泛。其主要缺點(diǎn)是材料利用率低，在幾何中性線上存在磁場(chǎng)，不利于永磁直流電機(jī)的換向。

（4）爪極式

永磁爪極式磁極是由一個(gè)永磁體環(huán)和兩個(gè)帶爪的法蘭盤組成的，永磁體環(huán)軸向充磁，法蘭盤通常用低碳鋼制成或用鋼板沖制而成，上有均勻分布的爪，爪數(shù)等于極對(duì)數(shù)，如下圖所示。永磁體和兩個(gè)法蘭盤套在轉(zhuǎn)子軸上，兩個(gè)法蘭盤的爪交替錯(cuò)開(kāi)半個(gè)爪距，兩個(gè)法蘭盤上的爪分別為N、S極。為了避免磁通通過(guò)轉(zhuǎn)軸閉合，一般采用非磁性軸或在磁性軸上加隔磁銅套。當(dāng)磁極的軸向長(zhǎng)度較大時(shí)，為保證爪極的機(jī)械強(qiáng)度，往往做成雙爪極或多爪極式。

（5）星形

星形磁極結(jié)構(gòu)如下圖所示，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，采用直接澆鑄的方法，極間部分采用非磁性材料(如鋁合金)澆鑄，可以提高其強(qiáng)度并具有阻尼作用。其優(yōu)點(diǎn)是制造和裝配工藝簡(jiǎn)單，但充磁困難，磁化不均勻。

（6）矩形

矩形磁極由一塊或幾塊矩形永磁體組成，矩形永磁體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、材料利用率高，如內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用矩形永磁體。在設(shè)計(jì)永磁體的形狀時(shí)，應(yīng)避免矩形永磁體的長(zhǎng)度與厚度之比在20以上，鐵氧體的厚度必須大于2mm。