永磁同步電機之永磁電機的磁路結構

永磁電機與電勵磁電機的電樞結構相同，主要區別在于前者的磁極為永磁體。永磁電機磁路的形式多種多樣，有許多不同的分類方法。

1．按永磁體所在的位置分類

按永磁體所在的位置不同，可分為旋轉磁極式和旋轉電樞式，如圖3一3所示。圖3一3( a）為旋轉磁極式磁路結構，永磁體在轉子上，電樞是靜止的，永磁同步電動機、無刷直流電動機都采用該種結構；圖3一3 ( b）為旋轉電樞式磁路結構，其永磁體在定子上，電樞旋轉，永磁直流電機采用該種結構。

2．按所使用的永磁材料種類多少分類

根據電機中永磁材料種類的多少，可分為單一式結構和混合式結構。在一臺電機中，只采用一種永磁材料，稱為單一式結構，絕大多數電機都采用該種結構。若同一臺電機中采用兩種或兩種以上永永磁材料，則稱為混合式結構。混合式結構通常采用兩種性能特點不同的永磁體，揚長避短，充分發揮永磁材料的優勢，提高電機的性能，降低制造成本。

圖3一4

為永磁直流電動機中的混合式磁極結構，將矯頑力低的永磁體1（如鐵氧體）置于磁極的前部，將矯頑力高的永磁體2（如欽鐵硼）置于磁極的后部。

3．按永磁體安置方式分類

按永磁體安置的方式不同，可分為表面式和內置式，如圖3一5所示。表面式磁極的永磁體直接面對空氣隙，具有加工和安裝方便的優點，但永磁體直接承受電樞反應的去磁作用；內置式磁極的永磁體置于鐵心內部，加工和安裝工藝復雜，漏磁大，但可以放置較多的永磁體以提高氣隙磁密、減小電機的重量和體積。

4．按永磁體的形狀分類

進行永磁體設計時，必須保證永磁體在磁路中產生足夠的磁通和磁動勢，若所采用的永磁材料不同，則永磁體的形狀也不同。鋁鎳鉆剩磁密度高、矯頑力小，通常做成細長的形

狀；鐵氧體和稀土永磁材料矯頑力大，由于其相對回復磁導率接近1，磁阻大，當充磁方向長度增加到一定程度后，繼續增大充磁方向長度，永磁體對外提供的磁通增加很少，因此通常采用扁平結構。根據永磁體的形狀不同，可分為瓦片形磁極、弧形磁極、環形磁極、爪極式磁極、星形磁極和矩形磁極。

( 1）瓦片形磁極。在永磁電機中，瓦片形磁極應用廣泛。瓦片形磁極通常有同心瓦片形磁極和等半徑瓦片形磁極兩種，如圖3一6所示。由于燒結欽鐵硼材料的毛坯為長方體，一般采用線切割方法加工，同心瓦片形磁極的材料利用率較低，一般為40％一50％。采用等半徑瓦片形磁極結構，既可提高材料利用率，又可降低線切割加工費用，永磁體材料利用率可提高到80％。

( 2）弧形磁極。弧形磁極構成的磁路系統如圖3一7所示。這種磁極為圓弧形，沿著圓弧方向充磁，其特點是每極的磁通由兩塊永磁體并聯提供，充磁方向長度大，適合于鋁鎳鉆永磁。

( 3）環形磁極。環形磁極如圖3一8所示，為一整體的圓環，具有結構簡單、加工和裝配方便等優點，在永磁直流電機中應用廣泛。其主要缺點是材料利用率低，在幾何中性線上存在磁場，不利于永磁直流電機的換向。

( 4）爪極式磁極。永磁爪極式磁極是由一個永磁體環和兩個帶爪的法蘭盤組成的，永磁體環軸向充磁，法蘭盤通常用低碳鋼制成或用鋼板沖制而成，上有均勻分布的爪，爪數等于極對數，如圖3一9所示。永磁體和兩個法蘭盤套在轉子軸上，兩個法蘭盤的爪交替錯開半個爪距，兩個法蘭盤上的爪分別為N 、 S極。為了避免磁通通過轉軸閉合，一般采用非磁性軸或在磁性軸上加隔磁銅套。當磁極的軸向長度較大時，為保證爪極的機械強度，往往做成雙爪極或多爪極式。爪極式磁極的特點是：永磁體加工裝配簡單，磁化均勻。交軸電樞反應沿爪極閉合，永磁體抗去磁能力強，但爪極制造復雜，磁極損耗大。

( 5）星形磁極。星形磁極結構如圖3一10所示，結構比較復雜，采用直接澆鑄的方法，極間部分采用非磁性材料（如鋁合金）澆鑄，可以提高其強度并具有阻尼作用。其優點是制造和裝配工藝簡單，但充磁困難，磁化不均勻。

( 6）矩形磁極。矩形磁極由一塊或幾塊矩形永磁體組成，矩形永磁體結構簡單、加工方便、材料利用率高，如內置式永磁同步電動機通常采用矩形永磁體。在設計永磁體的形狀時，應避免矩形永磁體的長度與厚度之比在20以上，鐵氧體的厚度必須大于2mm 。