稀土永磁同步电动机磁路计算方法
米春亭 陆鹤庆(西北工业大学)
【摘 要】给出了稀土永磁同步电动机的等值磁路图，导出了磁路计算公式，提出含有非线性漏磁路的磁钢工作图的求解方法，并与场分析及试验结果进行了对比。该方法简便、实用，可满足工程设计的需要。
【叙 词】永磁电机同步电动机磁路计算
1 引 言
为简化工艺和降低制造成本，自起动稀土永磁同步电动机大都设计成整体转子冲片结构。由于这种结构的漏磁路包含纯铁磁材料部分，因此漏磁路的计算比较复杂，也从某种程度上使磁钢工作图的求解复杂化，甚至较难精确求解。对此，多采用有限元法进行设计计算，这种方法虽然求解结果较为精确，但计算过程复杂，工作量大，而且必须借助计算机，一般设计人员比较难于接受。
本文给出一种简便的磁路计算方法，并与场分析结果及试验结果进行对比。对比可见，本文提供的方法完全可以满足工程设计的需要。
2 效磁路及其求解
在求解等效磁路时假设：
a．忽略端部漏磁。
b．铁磁材料中磁感应是均匀分布的，而磁场强度呈线性分布。
c．磁钢退磁曲线为直线。
首先将切向激磁结构的稀土永磁同步电动机的磁力线分布示意图绘于图1所示，据此可画出其等值磁路，如图2所示[1]。
仍可参考上节方法，只是φδF曲线应在空载磁化曲线的基础上平移Fad距离即可，如图9所示。
4．1影响漏磁系数的因素
由式(9)可见，漏磁系数σ与Gs、Gf和G’δ有关，由于Gs是常数，Gf和G’δ和磁路饱和程度有关，因此影响漏磁系数σ的因素可归为如下几点：
a．漏磁系数和主磁路的饱和程度有关，随磁路饱和程度的增加，G1/δ减少，因而σ增大。
b．这种电机的漏磁系数比普通电机增加一项(G∫／G’δ)，Gf和这部分漏磁路的尺寸密切相关，当该漏磁路变大时，(Gf／G’δ)增加较多，使σ迅速增加。
c．漏磁系数和附加气隙无关。这是因为主磁通和漏磁通都经过附加气隙的缘故。但不等于附加气隙对主磁通没有影响，实际上，附加气隙的存在，使磁钢外磁路的磁阻增大，Go减小，由式(8)可见，φδ减小。
4.2铁磁材料部分漏磁导Gf
Gf是指电机纯铁磁材料漏磁路部分的磁导，它和这部分的尺寸密切相关，和主磁通大小也有一定关系，下边分别讨论不同情况下Gf的变化情况，讨论时，认为主磁路不饱和，并忽略附加气隙的影响。
4.2.1漏磁路尺寸一定，主磁通变化时，Gf的变化 由式(12)、(13)、(14)得：
式中，Bf可由Hf查磁化曲线求得。实际上，由式(12)可见，因lf很小，即使Fδ较小时，Hf仍具有很大的数值。因此，当φδ在较大范围变化时，由Hf求出的Bf值变化并不大。可近似认为不变。于是由式(16)可看出，Gf与φδ成反比例变化，而由式(13)可见，当Bf近似不变时，纯铁磁材料部分的漏磁通也基本不变。由此可得出结论：主磁通在一定范围变化时，纯铁磁材料部分漏磁通基本不变，因此，随主磁通增大，相应的漏磁系数减小。
4.2.2漏磁路长度变化对Gf的影响
由式(12)可见，当漏磁路长度增加时，Hf成比例减小，相应的Bf也减小，因此由式(16)可知Gf减小，由式(13)可知，φf减小。定量分析表明，当lf较小时，Bf变化较大，但当lf足够大时，Bf基本不变，此时Gf和φf也基本不变。因此，设计电机时，必须保证纯铁磁材料漏磁路有足够的长度。
4．2．3漏磁路截面积变化对Gf的影响
当lf不变时，一定主磁通下对应的Hf恒定，即Bf恒定。由式(16)、(13)可见，当Gf和φf与Sf成比例变化。因此，这部分漏磁电路截面积的增大将引起漏磁的增加，因而设计电机时，必须将其降到****限度，一般以满足电机机械强度要求为原则。
5 计算实例[3]
用本文提供的方法设计了一台FOXT52—6型纺织专用稀土永磁同步电动机。该电机额定功率0.6kw，6极。磁路计算数据为：
6数值分析和试验结果
利用有限元法对上述电机进行磁场数值计算，可较精确求出磁场分布情况，表2将其与空载时磁路计算结果进行对比。
电机制成后，对电机进行了试验分析。利用一台原动机将上述电机拖至同步速度，用电压表测出其空载相电势：
与有限元法和磁路计算方法结果比较可见，误差仅1.2％和1.9％。
由此可得出结论．本文提供的稀土永磁同步电动机的磁路计算方法是可行的、实用的，能满足工程设计的需要。
参考文献
1 陈峻峰．永磁电机．机械工业出版社，1985．
2 米春亭．稀土永磁同步电机设计分析与涡流场计算．硕士毕业论文，1988．
3 陆鹤庆．纺织用高效稀土永磁同步电动机设计．毕业论文，1991．
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