1、2022-4-171二、永磁电机的磁 路分析与设计稀土永磁同步电动机的研究进展湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-172稀土永磁同步电动机的研究进展磁路分析与设计的重要性“场+路” 结合的设计方法稀土永磁电机磁路湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-173稀土永磁材料的发展钐钴1:5（20世纪60年代）钐钴2:17（20世纪70年代）钕铁硼（20世纪80年代）湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-174稀土永磁材料的发展磁能积磁能积（kJ/m3）天然磁铁矿石碳钢、钨钢钴钢铝镍钴铁氧体钐钴1：5钐钴2：17钕铁硼2.77.28540199258431湖北工业大学电气与电子工程
2、学院2022-4-175稀土永磁材料的发展钕铁硼的优点剩磁高，Br 可达1.4 T矫顽力大，Hc可达 992 kA/m;退磁曲线为直线；相对于钐钴价格便宜。湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-176稀土永磁材料的发展钕铁硼的缺点居里温度不高，一般为310 410C温度系数较大，Br= - 0.13%（K-1）含铁、钕，容易锈蚀磁体可加工性一般湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-177稀土永磁电机的特点结构简单、灵活，运行可靠体积小、重量轻，功率密度高损耗小、效率高，节能显著湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-178永磁电机的磁路分析与设计（一）稀土永磁材料的退磁曲线（二
3、）稀土永磁体的等效磁路（三）永磁电机的等效磁路（四）磁路分析的解析法（五）磁路分析的图解法湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-179永磁电机的磁路分析与设计（一）稀土永磁材料 的退磁曲线湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1710稀土永磁体的充磁BBrH-Hc0退磁曲线lAmI衔铁湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁材料的退磁曲线2022-4-1711HMB00在均匀磁性材料中式中，M 为永磁材料的磁化强度，Mr 为剩余磁化强度， 为磁化系数）HMMr且湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁材料的退磁曲线2022-4-1712稀土永磁材料的退磁曲线HMHMHHMBrrrr00
4、0000)1 ()(HBBrr0稀土永磁材料，相对磁导率r 为常数。湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1713湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁材料的退磁曲线BBrH-Hc0rrMBB0HBr00BBHBBrr2022-4-1714稀土永磁材料的退磁曲线BBrH-Hc0rrcrrMHHBMBBH/, 0, 00HBBrr0湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1715稀土永磁材料的退磁曲线HBBrr0HBBrr0第I 象限:第II象限: 磁路计算中常将第II象限磁化曲线等效到第I象限(即H 取绝对值)湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1716稀土永磁材料的退磁曲线
5、)1 ()/1 ()1 (000crrrrrrrrrHHBBHBBHBHBB)1 (CrHHBB湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1717)1(CrHHBBBBrHHc0第 I 象限的等效退磁曲线湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁材料的退磁曲线2022-4-1718稀土永磁材料的退磁曲线FFc0r)1(CrFF)1 ()1 (MpcMpmrmcrhHHhABBAHHBB湖北工业大学电气与电子工程学院SNhMp稀土磁钢2022-4-1719稀土永磁材料的退磁曲线湖北工业大学电气与电子工程学院磁通：磁动势：磁导：b/bFFF/bGGG/用标幺值进行磁路计算2022-4-1720稀土永
6、磁材料的退磁曲线湖北工业大学电气与电子工程学院磁通基值：磁动势基值：磁导基值：mrrbABMpccbhHFF00GhAFGMpmrbbb标幺值的基值2022-4-1721)1(crHHBB)1(crFF)1(HBBr)1(FrHB 1F1稀土永磁体用标幺值表示的退磁关系湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁材料的退磁曲线2022-4-1722稀土永磁体用标幺值表示的退磁曲线B1H10F101湖北工业大学电气与电子工程学院HB 1F12022-4-1723永磁电机的磁路分析与设计（二）稀土永磁体 的等效磁路湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1724稀土永磁体的等效磁路磁 导磁 阻SlR
7、FemFelSGm00lSGFemFe非铁磁材料铁磁材料SlRm00磁路的磁阻与磁导湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1725稀土永磁体的等效磁路mrmrmHAABBA00rmHBBrr0120000FGHhhAHAMpMpmrmrMpmrhAG00永磁体内磁导120FGrm湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1726稀土永磁体的等效磁路诺顿等效磁路120FGrmr0mF12G0SNhMp稀土磁钢湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1727永磁体计算磁动势（虚拟磁动势）0012GGFmr120FGrmmcMpcMprrmrMpmrrFFhHhBAhABG000012G
8、FFmm稀土永磁体的等效磁路式中：Fm湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1728戴维南等效磁路mF12FmG0SNhMp湖北工业大学电气与电子工程学院012GFFmm稀土磁钢稀土永磁体的等效磁路2022-4-1729稀土永磁体的工作点FFc0rmmFmFmW湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁体的等效磁路2022-4-1730（三）永磁电机的 等效磁路永磁电机的磁路分析与设计湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1731永磁电机的等效磁路稀土电机的主、漏磁路mm漏磁系数000m空载漏磁系数湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1732永磁电机的空载漏磁系数0000011
9、GGm磁极结构无极靴瓦片形圆筒形弧形端面式漏磁系数1.11.31.21.41.31.41.51.6湖北工业大学电气与电子工程学院永磁电机的等效磁路2022-4-1733永磁电机负载等效磁路图湖北工业大学电气与电子工程学院mF12FmG0GGFa)(FefG主磁路的等效主磁导：漏磁路的总漏磁导：变磁导iGG2022-4-1734mF12FmG0GGFamF12FmG0GGFa电枢反应去磁 电枢反应增磁 永磁电机的等效磁路湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1735永磁电机的等效磁路稀土永磁电机负载等效磁路图mF12FmG0GG 0( Fa= 0 )原因：1）稀土电机气隙较大，电枢反应较弱
10、；2）稀土材料矫顽力高，抗电枢反应能力强。湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1736m0F120FmG0GG0稀土永磁电机空载等效磁路图( Fa= 0 )湖北工业大学电气与电子工程学院永磁电机的等效磁路2022-4-1737永磁电机的磁路分析与设计（四）磁路分析的解析法湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1738I 类：已知磁体和磁路尺寸，求气隙 磁通 ；II类：已知气隙磁通和气隙长度 ， 设计磁体。两类问题：两种方法：解析法，图解法湖北工业大学电气与电子工程学院永磁电机的磁路计算2022-4-1739磁路分析的解析法SefikklG20 视 Fe 为常数，同时通过系数 ks
11、 来考虑铁心磁阻，即（ks1）湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1740磁路分析的解析法湖北工业大学电气与电子工程学院m0F1201G0GG0m0F1201G0GnGGGn用标幺值进行磁路计算2022-4-1741空载磁路（磁钢工作点）的求解0001111mnnnmBGGGG00120111mnnmHGGF磁钢发出总磁通的标幺值：磁钢磁动势的标幺值：( G0=1 )湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的解析法2022-4-1742永磁电机空载时的磁钢工作点B1H10F101Hm0Bm0MF m0 m0N湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的解析法2022-4-1743永磁电机空载
12、时的磁路求解11200nGGGF11200nGGGF总漏磁通标幺值：气隙磁通标幺值：mrAB00mrAB00总漏磁通实际值：气隙磁通实际值：湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的解析法2022-4-1744永磁电机的磁路分析与设计（五）磁路分析的图解法湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1745径向式永磁转子结构磁力线分布（分布绕组）磁场云图湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1746径向式永磁转子结构气隙磁密波形湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1747径向式永磁转子结构磁力线分布（集中绕组）磁场云图湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1748径向式永磁转
13、子结构气隙磁密波形湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1749径向式永磁外转子结构磁力线分布（分数槽绕组）磁场云图湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1750带磁桥的切向式永磁转子磁力线分布磁场云图（磁桥宽1.8mm） 湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1751带磁桥的切向式永磁转子磁桥磁密波形（磁桥宽1.8mm） 一个极下的气隙磁密波形湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1752带磁桥的切向式永磁转子磁力线分布磁场云图（磁桥宽9.8mm） 湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1753带磁桥的切向式永磁转子磁桥磁密波形（磁桥宽9.8mm） 一个极下的气
14、隙磁密波形湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1754无隔磁气隙切向式永磁转子磁力线分布磁场云图（无隔磁气隙） 湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1755无隔磁气隙切向式永磁转子原磁桥处磁密波形 一个极下的气隙磁密波形湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1756磁路分析的图解法NNNNSSSS磁桥隔磁气隙磁钢转轴湖北工业大学电气与电子工程学院带磁桥的切向式永磁转子2022-4-1757NNNNSSSS1/4（一对极）分析区域磁桥槽楔磁路分析的图解法带磁桥的切向式永磁转子湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-17581/4（一对极）分析模型321SSSSfbSm槽
15、漏磁通：总漏磁通：磁钢发出的总磁通：湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的图解法2022-4-1759带磁桥切向式永磁电机等值磁路图31SSGGfbfaGG ，21jjGG ，21ttGG ，与漏磁通s1、 s2、 s3、相对应漏磁导磁钢两侧附加气隙磁导（包括磁体内磁导）与漏磁通fb相对应磁桥处、转子轭部的漏磁导定、转子的轭部磁导定、转子齿部磁导1jG1tG1tGGG2tG2tG2jG2jG0G1sG2sG3sGfaGfbGMF+_s3s2s1fb+_m湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1760永磁电机的简化等值磁路图2211222211jttjGGGGGG主磁路等效磁导：0GsG
16、faGfbGMFGadF磁路分析的图解法msfb+_湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1761计算槽漏磁导GS假设气隙磁通0计算主磁路磁动势F12（五段法）计算漏磁通s、fb计算总磁通m0是否在预定范围设计结束Y计算磁动势Fm计算漏磁系数0N磁路分析的图解法湖北工业大学电气与电子工程学院永磁电机磁路迭代框图2022-4-1762磁路计算的“五段法”NNSS主磁路的组成： 气隙+定子齿+定子轭 +（转子齿）+转子轭221112222jtjtFFFFFFF总磁动势：无刷电机的主磁路磁路分析的图解法湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1763磁路计算“五段法”假设气隙磁通0计算气隙
17、磁密B 和气隙磁势F 计算定子齿磁密Bt1，查磁化曲线得Ht1、计算定子齿磁势Ft1计算定子轭磁密Bj1、查磁化曲线得Hj1、计算轭磁动势Fj10是否在预定范围YN计算转子齿磁密Bt2，查磁化曲线得Ht2、计算转子齿磁动势Ft2计算转子轭磁密Bj2、查磁化曲线得Hj2、计算轭磁动势Fj2计算总磁动势F12 湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的图解法2022-4-1764计算内容计 算 值400006000080000120000140000160000efilB,BKF8 . 0FeateftKlbBltB22222222,ttttHhFHFeajjKlhB2222222,jjjjHlFH
18、FejjjKlhB20jjjjHlFH,FF12湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的图解法2022-4-1765带磁桥切向式永磁电机磁路计算结果表Wb810/TB310/AF /12Wbs810/Wbfb810/Wbm810/Am/计算内容计算内容计计 算算 值值4000060000800001200001400001600001366204927324098478154641652453265016108028628128111704726197318974193713124137271439615066157361640561752865381114431612631876332183421922833755726938991.541.441.391.341.341.36rBcHWb810/TB310/AF /12Wbs810/Wbfb810/Wbm810/Am/AFm/湖北工业大学电气与电子工程学院2022-4-1766fbS)(20m总漏磁通：空载气隙磁通：湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的图解法M0MSfbF12FMFM0FM MF12 SFM fb
