永磁同步电机之永磁电机的磁路结构

永磁电机与电励磁电机的电枢结构相同，主要区别在于前者的磁极为永磁体。永磁电机磁路的形式多种多样，有许多不同的分类方法。

1．按永磁体所在的位置分类

按永磁体所在的位置不同，可分为旋转磁极式和旋转电枢式，如图3一3所示。图3一3( a）为旋转磁极式磁路结构，永磁体在转子上，电枢是静止的，永磁同步电动机、无刷直流电动机都采用该种结构；图3一3 ( b）为旋转电枢式磁路结构，其永磁体在定子上，电枢旋转，永磁直流电机采用该种结构。

2．按所使用的永磁材料种类多少分类

根据电机中永磁材料种类的多少，可分为单一式结构和混合式结构。在一台电机中，只采用一种永磁材料，称为单一式结构，绝大多数电机都采用该种结构。若同一台电机中采用两种或两种以上永永磁材料，则称为混合式结构。混合式结构通常采用两种性能特点不同的永磁体，扬长避短，充分发挥永磁材料的优势，提高电机的性能，降低制造成本。

图3一4

为永磁直流电动机中的混合式磁极结构，将矫顽力低的永磁体1（如铁氧体）置于磁极的前部，将矫顽力高的永磁体2（如钦铁硼）置于磁极的后部。

3．按永磁体安置方式分类

按永磁体安置的方式不同，可分为表面式和内置式，如图3一5所示。表面式磁极的永磁体直接面对空气隙，具有加工和安装方便的优点，但永磁体直接承受电枢反应的去磁作用；内置式磁极的永磁体置于铁心内部，加工和安装工艺复杂，漏磁大，但可以放置较多的永磁体以提高气隙磁密、减小电机的重量和体积。

4．按永磁体的形状分类

进行永磁体设计时，必须保证永磁体在磁路中产生足够的磁通和磁动势，若所采用的永磁材料不同，则永磁体的形状也不同。铝镍钻剩磁密度高、矫顽力小，通常做成细长的形

状；铁氧体和稀土永磁材料矫顽力大，由于其相对回复磁导率接近1，磁阻大，当充磁方向长度增加到一定程度后，继续增大充磁方向长度，永磁体对外提供的磁通增加很少，因此通常采用扁平结构。根据永磁体的形状不同，可分为瓦片形磁极、弧形磁极、环形磁极、爪极式磁极、星形磁极和矩形磁极。

( 1）瓦片形磁极。在永磁电机中，瓦片形磁极应用广泛。瓦片形磁极通常有同心瓦片形磁极和等半径瓦片形磁极两种，如图3一6所示。由于烧结钦铁硼材料的毛坯为长方体，一般采用线切割方法加工，同心瓦片形磁极的材料利用率较低，一般为40％一50％。采用等半径瓦片形磁极结构，既可提高材料利用率，又可降低线切割加工费用，永磁体材料利用率可提高到80％。

( 2）弧形磁极。弧形磁极构成的磁路系统如图3一7所示。这种磁极为圆弧形，沿着圆弧方向充磁，其特点是每极的磁通由两块永磁体并联提供，充磁方向长度大，适合于铝镍钻永磁。

( 3）环形磁极。环形磁极如图3一8所示，为一整体的圆环，具有结构简单、加工和装配方便等优点，在永磁直流电机中应用广泛。其主要缺点是材料利用率低，在几何中性线上存在磁场，不利于永磁直流电机的换向。

( 4）爪极式磁极。永磁爪极式磁极是由一个永磁体环和两个带爪的法兰盘组成的，永磁体环轴向充磁，法兰盘通常用低碳钢制成或用钢板冲制而成，上有均匀分布的爪，爪数等于极对数，如图3一9所示。永磁体和两个法兰盘套在转子轴上，两个法兰盘的爪交替错开半个爪距，两个法兰盘上的爪分别为N 、 S极。为了避免磁通通过转轴闭合，一般采用非磁性轴或在磁性轴上加隔磁铜套。当磁极的轴向长度较大时，为保证爪极的机械强度，往往做成双爪极或多爪极式。爪极式磁极的特点是：永磁体加工装配简单，磁化均匀。交轴电枢反应沿爪极闭合，永磁体抗去磁能力强，但爪极制造复杂，磁极损耗大。

( 5）星形磁极。星形磁极结构如图3一10所示，结构比较复杂，采用直接浇铸的方法，极间部分采用非磁性材料（如铝合金）浇铸，可以提高其强度并具有阻尼作用。其优点是制造和装配工艺简单，但充磁困难，磁化不均匀。

( 6）矩形磁极。矩形磁极由一块或几块矩形永磁体组成，矩形永磁体结构简单、加工方便、材料利用率高，如内置式永磁同步电动机通常采用矩形永磁体。在设计永磁体的形状时，应避免矩形永磁体的长度与厚度之比在20以上，铁氧体的厚度必须大于2mm 。