小體積環形磁鋼徑向多極充磁
趙晨初（浙江東陽儀表電機廠）
0 引 言
工業自動化中大量采用永磁同步電動機和永磁步進電動機。這兩類電機的轉子一般由徑向多極充磁的環形永磁體制作。永磁材料要求各向同性，以選用各向同性的永磁鐵氧體居多，也有選用釹鐵硼或釤鈷稀土等新型永磁材料制造的。
永磁同步電動機的同步轉速與磁轉子的磁極對數有關
永磁步進電動機的步距角與永磁轉子的充磁極對數有關
自動控制系統中要求永磁同步電動機的轉速要盡可能的低，而永磁步進電動機的步距角盡可能的小。因此，這兩類電機的永磁轉子磁極對數較多，常為5—20對磁極。而自動控制系統中的小機座號電機的轉子永磁體的幾體尺寸通常又很小，外徑僅為西8～~20mm．轉子表面磁極間距離很小，約2～3mm，要求磁鋼磁化后表面剩磁值500G以上。
為使磁鋼充分磁化，需對磁鋼施以飽和磁通密度，其安匝數相當于5—10倍矯頑力的磁動勢。
由于礅鋼體積小，充磁線圈鐵心的窗口面積有限，無法安放足夠安匝數的線圈，即使往外擴展鐵心外徑，增大線圈窗口面積，雖然可安放的線圈安匝數增加了，但隨磁路增長，漏磁通急劇增大，充磁效果明顯下降，無法獲得理想充磁效果。采用單匝低感線圈，應用低電壓大電流峰值的電容脈沖放電的充磁方法可以解決小體積環形磁鋼徑向多極充磁難的問題。
電容脈沖放電充磁機
充磁效果好壞取決于磁性材料性能，充磁機和充磁線圈三大因素。低電壓大電容脈沖放電充磁機的方框原理圖如圖1所示。
整流充電回路由電源變壓器。橋式整流器和貯能電容器組成。從電源變壓器初級輸入220V50Hz交流電，分檔的次級繞組可獲得所需的電壓，該電壓經橋式整流成單向脈動電流貯入電容器內，供作充磁的能量源。為獲得連續可調的次級電壓，可在電源變壓器前加裝一只適當容量的自耦調壓器。連續改變輸入電源變壓器的初級電壓，即可任意選擇電容器兩端的充電電壓。充電電容器兩端的電壓按充磁回路的要求選定。
一旦需要檢修線路時，有必要將電容器上貯存的電荷通過安全放電回路泄放掉，以確保人身安全。
脈沖充磁回路是一個典型的R-L-C放電回路。電容器是一個貯能元件，作充磁能量源。晶閘管（可控硅）作充磁回路的開關元件，要求管子導通的時間盡可能短，通過的電流盡可能的大，管子的導通和關斷由可控硅觸發電路控制。
2單匝低感充磁線圈
圖2為單匝低感充磁線圈斷面圖，線圈由單根漆包線或裸銅線繞制而成。如圖2中，單根導體沿磁環外表面均布，間隔相反的軸向電流方向造成了磁體徑向圓周均布的空間多極磁場。單根導體周圍填充以環氧樹脂絕緣材料，如圖中2兼有固化、絕緣雙重作用。圖中3為鐵質磁屏蔽套，由于單導體線圈不含鐵心，線圈的電感量很小，保證了充磁過程電流的快速響應。
充磁回路總阻抗，電阻部分應包括充磁線圈的直流電阻、接線柱的接觸電阻和電容器的內電阻；電抗部分應包括充磁線圈電感、電容器容抗和充磁回路的分布電抗，這些量的值都十分小，僅在零點幾至幾個歐姆之間．因此當電容器兩端的放電電壓達到幾百至上千伏后，很易獲得幾千乃至上萬安培的峰值充磁電流，足以形成所需的高磁勢，使環形磁體充分磁化。
3****充磁狀態的合理選擇
充磁回路是一個典型的R-L-C放電回路，如圖3所示。
由于單根充磁線圈的導線截面積較大（相對而言），導線長度較短，因此整個線圈的直流電阻很小，僅零點兒至幾歐姆。
低電阻低電感量的充磁線圈磬充磁回路中相當于短路狀態，充磁電流為；
V為電容器充電完畢后兩端電壓。
電路的微分方程為
a電路過阻尼時，充磁初始，電流按指數規律急劇上升至峰值，然后逐漸降至零。電流峰值取決于R大小，如圖4所示
b．電路處于臨界阻尼  狀態，電流峰值達****值。 c電路處于欠阻尼  狀態，電路中流過電流將引起衰減振蕩，如圖5所示。
為獲得良好的充磁效果，欠阻尼狀態的電磁振蕩是所不希望的。因此，總是選擇合適的R-L-C參數的合理配置，盡可能使得R- 2L／C，或接近相等，以期獲得盡可能大的充磁峰值電流。
d．要指出，接線部位接觸電阻的大小不容忽阮接觸不良不僅影響充磁峰值電流的大小，充磁效果的優劣，且有強大沖擊電流在接觸部位引起拉弧打火，損壞充磁線圈，乃至l寸穿充磁機內可控硅之危害。
5結 語
在20BY永磁步進電動機和43TY永磁同步電動機上采用上述方法作環形永磁體多極徑向充磁試驗，均取得滿意的效果。
a．充磁線圈使用前應經耐壓試驗，試驗電壓取充磁電壓的1.5～2倍為宜，以確定充磁過程充磁線圈不被擊穿，否則過電流易損壞充磁機內可控硅元件；
b．充磁線圈內徑與磁體外徑以過波配合為宜，配合過松會引起各向氣隙不勻，影響充磁的整體效果和各極間強度的均勻度。制作時還應事先考慮充磁過程充磁線圈發熱引起線圈內徑膨脹的因素；
c．充磁過程電容器上貯存的電能除少量轉化為磁能外，大部分轉化為線圈的熱能，充磁線圈長期反復充磁工作將引起溫升，過高的溫升降低了充磁線圈的電氣絕緣強度和充磁效果，可用強迫通風冷卻或浸入變壓器油內工作，也可用多只充磁線圈交替間隔使用；
d．充磁能量選擇應適中，只要能滿足磁體的眾多磁疇從雜亂無序的排列轉化為整齊規則取向即可，過高能量只會引起充磁線圈的過高溫升，充磁能量的大小取決于磁性材料的矯頑力高低和磁體的體積，或者說與材料的單位磁化能成正比，與磁體體積成正比。提高充磁機充電電壓和增加充磁機電容量的方法可以提高充磁機的輸出能量；
e．充磁過程要求電流峰值高，而導通時間短，即電流波形的前沿陡削。普通可控硅導通時間常數大，無法滿足要求，哈爾濱工業大學和遼寧錦州華光電子管廠聯合研制的KK型快速可控硅能滿足上述要求，該管的特點由原來的中心點導通改為四周同時面導通，其主要參數如附表所示。
可控硅系充磁機關鍵元件，價格高，防止管子的浪涌擊穿也是充磁機使用過程中應注意的；
f．充磁線圈的軸向長度應為充磁體軸向長度的兩倍以上，充磁時應將充磁體置于充磁線圈中部，以免線圈的端部效應削弱充磁效果，建議采用雙線圈消除線圈端部效應。充磁時，單導體受電磁力作用，易引起線圈變形。采用與磁鋼外徑同尺寸絕緣棒填充充磁線圈兩端的辦法防止線圈變形，當然充磁線圈內無磁鋼或填塞物時應禁止通電充磁。
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