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最简单的磁路

最简单的磁路

二、 最简单的磁路
电机工作离不开两个基本条件即电流和磁场,也意味着在电机的结构中必须分别有引导电流和磁场的“路”,我们也分别称之为“电路”和“磁路”。电路大家比较熟悉,但磁路也要了解。在图2中,环形磁铁充磁后将充磁线圈拆开,仅形成一个最简单的磁路(如图5)
由于存在剩磁,环形磁铁的N极发出磁通经过空气隙→S极→经过磁铁内部回到N极而闭合,如不考虑漏磁现象及认为气隙截面与磁铁截面相等则有:
BFe=Bδ  即    μFe• HFe=μ0•H δ
另外,根据安培环路定律有
∮H•dL=F=I•W=0 (环形磁铁中没有电流流过I=0)
于是∮H•dL =H Fe•LFe+ Hδ•Lδ=0    (1)
HFe→磁铁内部磁场强度
HFe•LFe→磁铁内部磁势(内部磁势)
Hδ→空气隙中的磁场强度
Hδ•Lδ→空气隙中的磁势(外部磁压降)
由(1)式可知 HFe 与Hδ方向相反,变换(1)式得:
HFe=-Hδ•Lδ /LFe=-(Bδ/μ0)• Lδ /LFe = -[Lδ/(μ0•LFe)] •BFe
变换得: BFe=-[μ0•LFe/Lδ] •HFe  (2)
式(2)是根据磁路的的规律得出的关系式,但HFe、BFe之间还必须同时满足环形磁铁材料本身的磁化特性;由于永磁材料作为磁源时,其内部的磁势为负值,故其工作于第二象限的磁化曲线(见图6)。以铁氧体为例,即求得该简单路工作点的HFeN  和 HFeN值

最简单的磁路

从而得出BδN和HδN 值。
   
直线(2)BFe=-[μ0•LFe/L δ] •H Fe

磁化曲线BFe=(Br/Hc)•HFe+Br

为了便于理解,比拟电路我们引入磁阻Rm的概念:
Rm=L/(μ•S)    式中
L 是磁路的长度,S 是磁路的截面积,  μ 是磁路介质的磁导率。
那么图5的气隙磁势
Fδ=HδLδ=(B/μδ)•Lδ=[Bδ S/(μδ•S)]•Lδ=Φδ•[Lδ/(μδ•S)]
即 Fδ=Φδ•Rmδ    (3)         式中Φδ  称为气隙磁通,Rmδ=Lδ/(μδ•S) 称为气隙磁阻     

最简单的磁路

上式称为“磁路欧姆定律”,对比电路:磁通中相当于电路中的电流I;磁势F相当于电路中的电势E(或电压U);磁阻RM相当于电路中的电阻R。
在电机学中我们总希望提高电机的气隙磁通,从而达到提高电机单位体积的出力水平,由(3)式变换成Φδ=Fδ/Rmδ知,要达到这一目的,有以下措施提高Fδ→采用高性能的磁铁减少磁路的磁阻
a. 缩短磁路长度;
b. 增加磁路截面积;(如加芯片等)
c. 增加磁场的磁导率;(用导磁性能好的硅钢片等)
图5所示的磁路可以对应电路表示如右:
     



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