永磁電機的磁路分類：三種不同方式解析

磁路的分類

永磁磁路按永磁體的工作狀態不同可分為靜態永磁磁路和動態永磁磁路。靜態永磁磁路有固定氣隙，工作狀態保持一定，主要存在于儀表、揚聲器等，圖為一靜態永磁磁路。動態永磁磁路的磁阻或外磁場處于變化之中，永磁體的工作點也隨之變化，永磁電機的磁路就是典型的動態永磁磁路。

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。圖(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(b)為旋轉電機區式磁路結構，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磁材料，則稱為混合式結構?；旌鲜浇Y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。如下圖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(如釹鐵硼)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（表貼式）和內置式（內嵌式），如下圖所示。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;內置式磁極的水磁體置于鐵心內部，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。鋁鎳鈷剩磁密度高、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、弧形、環形、爪極式、星形和矩形磁極。

（1）瓦片形

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，如下圖所示。由于燒結釹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%~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

弧形磁極構成的磁路系統如下圖所示。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，適合于鋁鎳鈷永磁。

（3）環形

環形磁極如下圖所示，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

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，如下圖所示。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。

（5）星形

星形磁極結構如下圖所示，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

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。

審核編輯：黃飛

?