永磁直流电动机不等厚瓦形磁钢的设计

微型铁氧体永磁直流机用途十分广泛。用途不同，电机的性能要求就不同，电机的设计、工艺也就必须要有区别。以气隙磁密Bδ(θ)波形来说，就应按用途和使用寿命的要求而有不同的选择［1］。要求平顶波磁密的，利用等厚瓦形磁钢并对其各处进行完全充磁、使其工作在材料的最大磁滞回环上，即可达到目的；而对于要求以正弦波或近似正弦波为气隙磁密波形、用以改善振动噪声、换向火花，减少空载电流等的电机来说，磁钢的形状尺寸、设计和充磁工艺又是如何的呢?
　　假设磁钢也设计成等厚瓦形磁钢，那么，这种气隙磁密波形的保证是以精巧设计充磁极头和严格控制充磁能量、使中央部分磁钢充分磁化而两侧磁极渐弱磁化得到的。换句话说，磁钢各处被磁化程度不同：中央部分达到极大而两侧渐小，它们工作在不同磁滞回环上。可以想见，气隙磁密的波形质量不易稳定，磁钢的尺寸公差、充磁机充磁能量的随机变化等都会影响波形质量的稳定性。相比之下，平顶波的波形质量就十分稳定。因为后者采用充分大的充磁能量，使磁钢各处都工作在材料的最大磁滞回环上。换句话说，充磁能量宁大勿小，充磁磁极与磁钢表面充分吻合接触即可，它屏弃了诸多随机因素的影响。
　　我们将平顶波波形质量稳定的设计思想应用于正弦波或近似正弦波的磁钢设计，这就是“不等厚瓦形磁钢设计”。
　　本文将讨论如何根据气隙磁密波形具体求出不等厚瓦形磁钢工作厚度的变化规律。文章以正弦波气隙磁密波形为例展开讨论，其设计思想和设计方法也适用于各种近似正弦波、非正弦波气隙磁密波形。设计的依据是：不等厚瓦形磁钢各θ处磁钢元都被充磁到最大磁滞回环并在其上工作—当然各元工作点的高低有所不同。讨论中所使用的铁氧体永磁材料具有直线型去磁曲线，对于那些具有低拐点的(工作点不受稳磁磁势影响而总是工作在直线部分上的)准直线型去磁曲线材料来说，可以把它的直线部分延长至与横轴相交得到虚拟的矫顽磁场强度H′C(用以代替真实的HC)再进行设计而无任何影响。
　　为求解不等厚瓦形磁钢的工作厚度变化规律，应预先进行该波形条件下等厚瓦形磁钢(即均匀气隙时)的磁路计算，取得一些基本数据后才能进行：其中，(1)磁极中心(中心角θ＝0°)处的磁钢元磁密Bm0°(即波形幅值)、气隙元长度δ0°、磁钢元厚度Lm0°要已知；(2)还必须求解所设正弦波形磁密对应的各θ处磁路元饱和系数与θ的关系曲线KS(θ)，以备计及铁磁磁压降时计算其等效磁阻之用。