聚磁技術在電機中的應用
毛永毅（西安郵電學院710061）
隨著永磁電機的發展，聚磁技術得到越來越廣泛的應用。所謂聚磁技術就是巧妙運用永磁體和導磁體的各種排列，盡可能把磁源所產生的磁通量匯聚到工作氣隙中去。在高矯頑力的永磁材料問世以前，在各種低矯頑力金屬永磁材料的磁路結構中，人們也曾盡力想使磁量集中到工作氣隙中去，但是由于矯頑力低，一方面造成了永磁體的退磁，另一方面造成了大量漏磁，所以聚磁效果不理想。因此，為了把盡可能多的磁通量匯聚到工作氣隙中，只有依靠高矯頑力的永磁體。這種永磁體能夠經得住較強的退磁場，它發出的磁力線不僅可以進入工作氣隙，而且還能將其它永磁體發出的磁力線加以約束，使其更多地進入工作氣除。聚磁技術的基礎正是最普通的同性相斥和異性相吸[1]。
聚磁技術自60年代問世以來已引起了國內外學者的高度重視。但是，由于聚磁結構比較復雜，尤其是聚磁結構的磁場分析和計算不能給出比較精確的解，使得人們對聚磁結構的研究受到了一定制約。。人們對聚磁結構中永磁體的合理搭配沒有得出比較好的定性結論。本文用計算機編制了聚磁結構有限元自動剖分與分析軟件，利用這二軟件對兩種典型的聚磁結構，即直流寬調速電杌聚磁結構和永磁同步電動機聚磁結構進行了分析和計算，并結合高磁密磁路的特點，得出了在聚磁結構中各種磁鋼合理搭配取得****聚磁效果的結論。
1直流寬調速電機聚磁結構磁路分析
直流寬調速電機的一種典型的聚磁結構如圖1所示，定子采用了主、側極搭配的聚磁結構形式。
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垂圭，一部分是由側極提供的磁通函傭。對于氣隙磁通，主極和側極可看作是一種并聯關系[2]。
圖1聚磁結構的等值磁路如圖2所示，F1和F2分別表示主極和側極的磁勢，R1、R2、R3分別表示機殼、極靴和電樞的磁阻，Ra表示氣隙的磁阻。當不計電機鐵部的磁阻，并將主極的磁勢合二為一，則圖2所示的等值磁路可用圖3表示[3]，這就十分明顯的表示出主極和側極的并聯關系。這樣，側極的設置，使電機的氣隙磁能中不僅增加了側極部分的磁通量，而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。
2算例
2.1聚磁結構FB-25直流寬調速電機樣機主要幾何尺寸及材料
2.1.1定子部分
(l) 材料 D21
(2)外徑 16.8cm
(3)內徑 15.78cm
(4)長度 25．0cm
(5)外徑每邊長 9.7cm
(6)內徑每邊長 6．0cm
(7)主氣隙寬度 0.09cm
(8)極弧系數 0.842
2.1·2轉子部分
(1)材料 D21
(2)外徑 12. 0cm
(3)內徑 3.95cm
(4)長度 17. 2cm
(5)齒槽數 57
(6)槽型 平行齒梯形槽
(7)槽高 1.4cm
(8)齒寬 0.17cm
2.1·3磁極部分
(1)方形主磁極材料 鐵氧體Y35
(2)方形主磁極長度 17. 4cm
(3)方形主磁極寬度 6.Ocm
(4)窮形主磁極高度 1.5cm
(5)梯形側磁極材料 粘接SmCo
(6)梯形側磁極長度 17. 4cm
(7)梯形倆磁極下底寬 1.194cm
(8)梯形側磁極上底寬 1.26cm
(9)梯形側磁極高度 0.9cm
2.1.4極靴部分
(1)極靴材料 D21
(2)極靴長度 17. 4cm
(3)極靴寬度 6.0cm
(4)極靴內徑 12.18cm
2.2磁勢匹配原則
由聚磁結構直流寬調速電機的磁路分析可知，這種電機的磁路為并聯結構磁路，要求滿足2Ft=FaH，其中三主和兩側分別為主、側極充磁方向長度。
通過對永磁同步電動機聚磁結構的分析計算，結果與直流寬調速電機類似，當滿足磁勢匹配原則時，聚磁效果****。
3聚磁技術應用的基本準則
根據磁路分析和實例的有限元分析計算，可以得出結論：在聚磁結構設計、應用時，主極與側極或徑向磁極與切向磁極材料的合理搭配是能否充分發揮聚磁效果的關鍵。一般，主、側極和徑、切向磁極搭配或其它類型的聚磁結構均為并聯型磁路結構。與電路相似，在并聯磁路中兩個并聯的磁源的磁勢要滿足磁勢基本相等的原則。一般要求由主極提供主要的氣隙磁通，主極體積較大，充磁方向長度較長，通常要選用矯頑力較低的材料作主極，由于側極較小，充磁方向長度較短，通常選用矯頑力較高的材料，這樣容易做到磁勢的匹配，滿足磁勢相等的原則。如果主、側極磁勢不匹配，即主、側極磁勢相差懸殊，郎使采用性能更好的材料或者使用更多的永磁材料，也有可能使氣隙磁密下降，而且還有可能造成磁鋼的退磁，將會造成磁鋼的利用不夠充分。
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