三相永磁同步电机之永磁电机电磁场数值计算的特点

    2.1永磁体的面电流模型

永磁电机电磁场计算首先要建立水磁体的数学模型。电流与磁场的基本关系表明，任何磁场都可以认为是由分布电流产生的．永磁体有两种电流模拟方法：l）在永磁体区域内充满电流的模拟―体电流模拟；2）仅在永磁体边界上存在电流的模拟―面电流模拟。经预先磁化的永磁体，不但具有剩余磁化强度M，而且还能被外磁场磁化，其特性满足：。式中H ―永磁体工作点的磁场强度；B ―永磁体工作点的磁感应强度；M ' ―永磁体的感应磁化强度．一般情况下是永磁体工作点磁场强度的函数，即。上式既适用于各向同住材料．又适用于各向异性材料。区别在于：对于前者，尸r是一标量；对于后者，尸r是一矢量对上式两边取旋度，并考虑永磁体内无宏观电流，则有。

    用体电流模拟永磁体，可以考虑水磁体各向异性的磁特性，可全面考虑整个磁场对永磁体磁状态的影响和永磁体本身的磁特性，这与实际情况比较接近。但是，这种模型磁导率和体电流需在求解过程中逐步迭代确定，求解过程比较复杂，而且收敛的稳定性较差。

    如果永磁体被均匀磁化，磁体内部各点上的M的大小及方向都相同，永磁体内的等效体电流密度为零，而在平行于M，的永磁体侧面上，存在一层等效面电流．如图45所示。这是由于永磁体与其以外区域的交界面上，M，出现不连续，麟的旋度不再为零。等效面电流可用面电流密度J．来表示。式中n ―永磁体侧面外法向单位向量。用磁矢位描述场时，在模拟永磁体的等效面电流层与其他媒质的交界线上，满足以下交界条件：。

    其中，l为水磁材料的等效面电流层与其他材料的交界。内部交界条件的处理，与普通的第二类边界条件处理有所不同．第二类边界条件仅与内侧单元有关，而内部交界条件与两侧单元有关。通常有限元离散过程是按单元顺序完成的，但在内部交界面上一侧的单元作用无法形成右端项，要由两侧单元才能确定。因此，要按下列方式处理内部交界条件。如图46所示，与交界面有关配项为。

2 .2永磁体平行充磁

和径向充磁的模拟在永磁直流电机、表面式水磁同步电机和无刷直流电动机中，瓦片形磁极应用最广，瓦片形磁极有平行充磁和径向充磁两种，如图4-7所示。平行充磁时磁化方向平行于瓦片形磁体的中心线，沿磁体表面AB与cD的电流层方向相反，其大小为。

图4-8a 、 b分别为一永磁直流电机平行充磁和径向充磁时磁场分布。通过计算发现，对于极弧系数为。 6一。 9的2极直流电机，径向充磁时每极磁通量比平行充磁时高出17％一33 %，随着极数增加，两者趋于接近。

2.3永磁电机的局部失磁问题

水磁电机中永磁体的局部失磁问题，需要借助电磁场数值计算才能进行准确分析。用等效磁路法得到的最大去磁时永磁体的工作点是一个平均工作点。事实上，在永磁体内不同单元，其工作点是不同的。即使在空载情况下，它们也存在着较大的差别。因而永磁体的工作点具有局部胜。通常用电磁场数值计算得到的最低局部工作点总是低于由等效磁路计算得到的最低工作点。在设计水磁电机时，要计算最严重去磁情况下电机内的磁场分布，使永磁体内最低局部工作汽高于退磁曲线的拐点，才能保证电机中不发生局部失磁。