一. 磁路系统设计的目的
是要在永磁体获得****利用的基础上，计算出永磁体尺寸，计算出在空载和额定状态下工作气隙内每极磁通量，以便为电路计算提供条件。这里，着重介绍永磁材料的基本特性，无刷直流电动机的磁路结构、等效磁路图、磁铁工作图、永磁体的稳定和****工作点的选定等问题。
二 . 磁材料的基本特性
1．物质的磁化真空中的某一点O上的磁场强度和磁感应强度之间存在着如下的关系式，一般可用矢量来表示：
式中，Bo为该点的磁感应强度(T)；H为该点的磁场强度(A／m)；uo为真空的导磁率uo=4π10-7(H／m)。
如果把某种导磁率为u的介质填充入同一磁场内，这时虽然磁场强度日保持不变，但磁感应强度要发生变化，其规律如下：
根据公式(1．26)和公式(1．27)，可以求出磁感应强度的增量为
式中，称为该介质的相对导磁率。
真空中填充入介质后磁场的变化，应归结为介质分子对外磁场的反应，我们可以把介质的分子看作一个整体，构成分子的各个电子对外界所产生的磁效应的总和可以用一个等效的圆电流来表示。这种等效的圆电流称为分子电流，它具有一定的磁矩，称为分子磁矩或磁偶极子，并用符号pm来表示。在没有外磁场时，虽然介质中也存在着许许多多的磁偶极子，但是它们的磁矩具有各种不同的方向，因而互相抵消，使得合成磁矩为零，物质对外界不显示任何磁性。反之，在外磁场的作用下，各个磁偶极子的轴，也就是分子磁矩向量的方向，由于受到磁力的作用要向外磁场方向偏转，这种现象称为取向。取向的过程就是物质被磁化的过程，外磁场愈强，分子磁矩取向排列得愈整齐。在这种情况下，如果在被磁化的介质内任意截取一个体积元△v则在这个体积元内各分子磁矩盼矢量之和∑pm将有一定的量值，对外界就要产生磁场。我们把单位体积内的磁矩称为磁化强度，磁化强度是表征介质磁化程度的物理量，用符号J来表示，则
在介质中的磁感应强度，磁场强度和磁化强度之间，存在着一个普遍的关系式，即
同时，根据公式(1．28)，有
比较公式(1 31)和公式(1．32)，得
可见，△B是介质磁化后产生的附加磁场，公式(1．31)表示：一个磁场在介质中产生的磁感应强度，即磁通密度B等于该磁场在真空中产生的磁感应强度UOh和介质磁化后产生的附加磁场的磁感应强度△B=J之和。
按照目前铁磁学的观点，对于顺磁体而言，J的方向与外磁场H的方向一致；对于抗磁体而言，J的方向和外磁场H的方向相反。对于铁磁性材料而言，在它的内部天然地存在着许多细小的磁化区，有时被称为磁畴。当外磁场不存在时，各自然磁化区具有各自不同的方位，它们的磁场相互抵消，合成磁场表现为零。在外磁场作用下，各自然磁化区的磁场方向和范围都会发生变化，即自然磁化区按外磁场取向，自然磁化区的范围被扩大，其结果便出现了附加磁场。
2．永磁材料的去磁曲线B(H和本征去磁曲线J(H)
首先我们来考察一个绕有线圈的闭合磁铁，如图1．54所示。当线圈中通入激磁电流im时，磁铁逐渐被磁化，直至饱和，然后，再逐渐减小激磁电流，直至im=O，这时磁铁中的磁场强度H就等于零，但磁感应强度B并不等于零。我们把磁铁的这一特性称为磁滞现象。把H=O时，留存在磁铁中的磁感应强度，称为磁铁的剩余磁感应强度，用符号BR来标记。在此情况下，如果进而在反方向加激磁电流，在磁铁中便出现去磁磁场，随着去磁磁场强度的逐渐增加，磁感应强度便按照一定的规律下降。当去磁磁场强度增大到某一数值时，磁感应强度就下降到零值，我们把B=0时的去磁磁场强度称为磁铁的矫顽力，并用符号HC来标记。永磁材料的去磁曲线B㈣就是描写永磁材料中的磁感应强度B随着磁场强度H的变化面变化的规律，如图1．55所示。
同时，根据描写磁性材料磁滞特性的关系式(1．31)，可得
在已知去磁曲线B(H)的情况下，就可以求得与B(H)曲线上每一点的R和H值相对应的磁化强度J并作出磁化强度与磁场强度之间的关系曲线J(H)如图1.55所示。
曲线J(H)就称为该材料的本征去磁曲线，J=O时的H就称为该材料的本征矫顽力，为了区别矫顽力HC我们用符号JHC来标记它。
在第一象限内，H是正值，磁场强度和磁化强度的方向一致。这时，B＞J若以图1.55中的A点为例，则有
在第二象限内，日是负值，磁场强度和磁化强度的方向相反。这时，B＜J。若以图1．54中的b点为例，则有
当H= JHC时，J=0，B=一UOJHC 磁化强度J等于零就意味着铁磁体内部原来按一定规律取向，并被扩大了的自然磁化区，在外界去磁磁场的作用下，这些自然磁化区的范围又缩小，并又重新处于混乱状态。也就是说，原来被磁化的铁磁体，现在全部被去磁干净。这时，如果再逐渐去掉去磁磁场，则铁磁体内的磁感应强度将沿着经过坐标原点的回复直线上升，当H=O时，B=O，这就是本征矫顽力的物理意义。
3．在电磁设计中如何正确地使用B(H)和J(H)曲线
对于由永磁体、气隙和软铁组成的磁路系统来说，在需要计算永磁体能给气隙提供多少磁通或磁通密度时，通常必须知道和使用该永磁体的常规去磁曲线B(H)；而在需要计算放置在给定磁场中的永磁体经受到多大的转矩时，通常就要知道和使用该永磁体的本征去磁曲线J(H)
4．稀土永磁材料的特点
对于一般的铝镍钴型永磁材料而言，本征矫顽力，JHC。稍大于矫顽力Hc；面对于稀土钴永磁材料，其本征矫顽力，日，可以是常规矫顽力HC的好几倍以上，这是稀土
钴永磁材料的****特点。图1．58画出了SmCo5稀土钴永磁材料的B(H)和J(H)曲线。
分析图1．58，可以看出稀土钴永磁材料具有下列主要特性：
1)当磁场强度H在正反两个方向的很大范围内变动时，材料的磁化强度，近似不变，保持有J=JR=BR只有当｜H｜>｜H｜时，材料的磁化强度J才开始变化，并且是迅速地下跌。这意味着外界去磁磁场达到了能使稀土钴永磁材料中的分子磁矩向量或磁畴开始收缩和偏转的强度，我们称HK为临界磁场强度。只要｜H｜<｜H｜，即使｜H｜>｜Hc｜，亦不会改变回复直线和常规去磁曲线B(H)相重合的状态。在设计电机的时候，要保证电机的磁路系统在运行过程所经受到的****去磁磁场强度要小于稀土钴永磁体的临界磁场强度HK。
2)在｜H｜<｜HK｜的范围之内，相对导磁率uc=l，回复直线与常规去磁曲线基本上相首合．3）在｜H｜<｜Hk｜的范围之内，常规去磁曲线B(H)有比较理想的线性度，这将简化磁路计算。
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