永磁体磁极串联磁路的优化设计

永磁体磁极在串联使用中，如果两块永磁体形状相同、剩磁相同，当它们直接串联时，串联后的永磁体的磁感应强度比单独一块永磁体的磁感应强度高12%～30%。永磁体的两极面的距离h_m愈小，极面积愈小，直接串联后其磁感应强度增加得愈小，反之则愈大。

永磁体磁极在串联使用中，如果永磁体的形状及磁综合性能相同，磁路中的磁导体的磁导率很高、电阻率也很高，磁路不长并且磁导体有足够的导磁面而不会使磁感应强度达到饱和，那么，在磁路中的磁感应强度比单个永磁体的磁感应强度大5%～10%。

图4-1所示是永磁发电机的永磁体磁极的径向布置，亦称面极式，是永磁体串联使用的一种典型的结构形式。

永磁体磁极径向布置，永磁体磁极直接面对气隙。它的磁路为：永磁体磁极—气隙—硅钢片定子齿—硅钢片定子轭—硅钢片定子齿—气隙—另一永磁体的异性磁极—硅钢片转子轭—开始的永磁体。永磁发电机永磁体在转子上径向布置，永磁体磁极直接面对气隙并做成聚磁形状，使永磁体通过面向气隙的磁通集中通过气隙，漏磁小。尤其在永磁体两侧加工成槽既能隔磁防止异性磁极短路，又能对永磁体进行有效的冷却。

图4-1所示是笔者设计的30极、42极、60极、72极高效永磁发电机的典型转子结构。

无刷永磁电动机的结构与图4-1相近，其转子镶有永磁体，定子有绕组。定子绕组电流换向由电子换向器来完成。它的磁路与永磁发电机转子永磁体磁极径向布置的磁路相同。

图4-1 永磁体径向布置（即永磁体串联磁路）

1—定子硅钢片及绕组 2—磁路 3—永磁体 4—转子硅钢片 5—隔磁冷却槽

图4-2所示是永磁有刷直流发电机或永磁有刷直流电动机的结构，永磁体镶在定子上，转子有绕组，通过换向器变换转子绕组电流方向。永磁体磁极直接面对气隙，永磁体磁极易于实现聚磁形状，磁通集中且均匀，使磁极漏磁小，不论是发电机还是电动机，它们的外特性好。它的磁路是：永磁体磁极—气隙—硅钢片转子齿—硅钢片转子轭—硅钢片转子齿—气隙—另一永磁体的异性磁极—永磁体磁极—机壳磁导体—第一个永磁体的异性磁极。图4-2也是永磁体磁极的串联使用，完全具有永磁体串联的性质。

图4-3所示是永磁体轴向布置的永磁体两个极面同时利用的永磁体磁极串联的典型结构，这种永磁体磁极利用最好的磁极串联磁路在永磁盘式发电机和永磁盘式电动机中得到很好的利用。(www.xing528.com)

这种永磁体轴向布置的永磁体磁极串联的磁路是：永磁体的一个磁极—气隙—定子及绕组—气隙—永磁体的另一个磁极—气隙—定子绕组及定子—气隙—永磁体的一个磁极…—机壳磁导体—第一个永磁体的另一个磁极。其磁路还有一部分是：永磁体的一个极—气隙—定子及绕组—气隙—永磁体的另一个磁极—机壳磁导体—第一个永磁体的另一个磁极。不论是哪种磁路，都是永磁体两个磁极同时利用，都是一个永磁体的某一磁极到另一个永磁体的异性磁极。

图4-2 永磁体磁极径向布置（即永磁体磁极的串联磁路，永磁体镶嵌在定子上）

1—机壳（磁导体） 2—磁路 3—永磁体 4—转子硅钢片

图4-3 盘式永磁发电机的永磁体磁极的轴向布置（即永磁体磁极的串联使用）

1—机壳（磁导体） 2—磁路 3—永磁体 4—定子及绕组

永磁体磁极轴向布置使永磁体的两个磁极同时得到利用，其特点是永磁体的两个磁极得到充分利用并且永磁体的两个磁极都直接面对气隙，磁的阻力小，磁路短，漏磁小，磁通大，效率高。

在永磁体磁极串联的磁路中，如果两个永磁体的材质、工艺、几何形状完全相同，但它们的磁感应强度不同，把它们串联起来，如果磁路很短且磁导体的磁导率很高，那么磁路中的磁感应强度比其中磁感应强度最高的那块永磁体还要高。这与两节型号相同电压不同的电池串联有着根本不同。这两节电池串联后的电流大小不是取决于高电压的电池，而是取决于电压低的那节电池。