聚磁技术在电机中的应用
毛永毅（西安邮电学院710061）
随着永磁电机的发展，聚磁技术得到越来越广泛的应用。所谓聚磁技术就是巧妙运用永磁体和导磁体的各种排列，尽可能把磁源所产生的磁通量汇聚到工作气隙中去。在高矫顽力的永磁材料问世以前，在各种低矫顽力金属永磁材料的磁路结构中，人们也曾尽力想使磁量集中到工作气隙中去，但是由于矫顽力低，一方面造成了永磁体的退磁，另一方面造成了大量漏磁，所以聚磁效果不理想。因此，为了把尽可能多的磁通量汇聚到工作气隙中，只有依靠高矫顽力的永磁体。这种永磁体能够经得住较强的退磁场，它发出的磁力线不仅可以进入工作气隙，而且还能将其它永磁体发出的磁力线加以约束，使其更多地进入工作气除。聚磁技术的基础正是最普通的同性相斥和异性相吸[1]。
聚磁技术自60年代问世以来已引起了国内外学者的高度重视。但是，由于聚磁结构比较复杂，尤其是聚磁结构的磁场分析和计算不能给出比较精确的解，使得人们对聚磁结构的研究受到了一定制约。。人们对聚磁结构中永磁体的合理搭配没有得出比较好的定性结论。本文用计算机编制了聚磁结构有限元自动剖分与分析软件，利用这二软件对两种典型的聚磁结构，即直流宽调速电杌聚磁结构和永磁同步电动机聚磁结构进行了分析和计算，并结合高磁密磁路的特点，得出了在聚磁结构中各种磁钢合理搭配取得****聚磁效果的结论。
1直流宽调速电机聚磁结构磁路分析
直流宽调速电机的一种典型的聚磁结构如图1所示，定子采用了主、侧极搭配的聚磁结构形式。
电机气隙的磁通由两部分组成：一部分是由主极提供的磁通垂圭，一部分是由侧极提供的磁通函佣。对于气隙磁通，主极和侧极可看作是一种并联关系[2]。
图1聚磁结构的等值磁路如图2所示，F1和F2分别表示主极和侧极的磁势，R1、R2、R3分别表示机壳、极靴和电枢的磁阻，Ra表示气隙的磁阻。当不计电机铁部的磁阻，并将主极的磁势合二为一，则图2所示的等值磁路可用图3表示[3]，这就十分明显的表示出主极和侧极的并联关系。这样，侧极的设置，使电机的气隙磁能中不仅增加了侧极部分的磁通量，而且有效地阻断了主极的极间漏磁，使得气隙磁通量明显增大。
2算例
2.1聚磁结构FB-25直流宽调速电机样机主要几何尺寸及材料
2.1.1定子部分
(l) 材料 D21
(2)外径 16.8cm
(3)内径 15.78cm
(4)长度 25．0cm
(5)外径每边长 9.7cm
(6)内径每边长 6．0cm
(7)主气隙宽度 0.09cm
(8)极弧系数 0.842
2.1·2转子部分
(1)材料 D21
(2)外径 12. 0cm
(3)内径 3.95cm
(4)长度 17. 2cm
(5)齿槽数 57
(6)槽型 平行齿梯形槽
(7)槽高 1.4cm
(8)齿宽 0.17cm
2.1·3磁极部分
(1)方形主磁极材料 铁氧体Y35
(2)方形主磁极长度 17. 4cm
(3)方形主磁极宽度 6.Ocm
(4)穷形主磁极高度 1.5cm
(5)梯形侧磁极材料 粘接SmCo
(6)梯形侧磁极长度 17. 4cm
(7)梯形俩磁极下底宽 1.194cm
(8)梯形侧磁极上底宽 1.26cm
(9)梯形侧磁极高度 0.9cm
2.1.4极靴部分
(1)极靴材料 D21
(2)极靴长度 17. 4cm
(3)极靴宽度 6.0cm
(4)极靴内径 12.18cm
2.2磁势匹配原则
由聚磁结构直流宽调速电机的磁路分析可知，这种电机的磁路为并联结构磁路，要求满足2Ft=FaH，其中三主和两侧分别为主、侧极充磁方向长度。
通过对永磁同步电动机聚磁结构的分析计算，结果与直流宽调速电机类似，当满足磁势匹配原则时，聚磁效果****。
3聚磁技术应用的基本准则
根据磁路分析和实例的有限元分析计算，可以得出结论：在聚磁结构设计、应用时，主极与侧极或径向磁极与切向磁极材料的合理搭配是能否充分发挥聚磁效果的关键。一般，主、侧极和径、切向磁极搭配或其它类型的聚磁结构均为并联型磁路结构。与电路相似，在并联磁路中两个并联的磁源的磁势要满足磁势基本相等的原则。一般要求由主极提供主要的气隙磁通，主极体积较大，充磁方向长度较长，通常要选用矫顽力较低的材料作主极，由于侧极较小，充磁方向长度较短，通常选用矫顽力较高的材料，这样容易做到磁势的匹配，满足磁势相等的原则。如果主、侧极磁势不匹配，即主、侧极磁势相差悬殊，郎使采用性能更好的材料或者使用更多的永磁材料，也有可能使气隙磁密下降，而且还有可能造成磁钢的退磁，将会造成磁钢的利用不够充分。
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