永磁缓速器磁路计算及设计原则

车用永磁缓速器一般工作转速范围在3000r/min以内，磁场变化频率相对较低，涡流区属于低频电磁场问题，导体中的位移电流均可忽略不计。当磁场中存在磁导率很高的材料时，将显著影响并改变磁场的分布。求解这类磁场问题一般是很复杂的，在工程应用中，常可作近似计算，把磁场简化为磁路来处理。

永磁缓速器永久磁铁的磁极是交错分布的，其等效磁路模型如图4-6所示。为了便于分析和计算，可以将相邻两磁极的磁路等效为如图4-6a所示的情况。永久磁铁作为磁源，在永久磁铁、定子、两个气隙δ和转子之间形成一个闭合的磁路。为简化分析，漏磁通Φσ可忽略不计，故磁路图可简化为如图4-6b所示的等效磁路。一般来说，为得到较大的制动力矩，永磁缓速器的磁路设计成磁饱和回路。因此，必须考虑铁磁性材料磁导率的非线性。图4-7是铁磁性材料的B-H曲线。

图4-6 永磁缓速器的等效磁路模型

a）磁路模型 b）等效磁路

图4-7 铁磁性材料的B-H曲线

图4-6中规定了各支路磁通的正方向，对节点A按磁路基尔霍夫第一定律有

Φ₀-Φ₁-Φ₁=0 （4-31）

对于任一闭合磁路，沿图4-6中虚线所示的环绕方向，按照磁路基尔霍夫第二定律，磁路磁压降的代数和恒等于该磁路中磁动势的代数和，有

式中，H_c是永磁体矫顽力；l_m是永磁体长度；R_m是永磁体磁阻；R₀是磁路中的一个气隙磁阻；R₁是磁路中的定子磁阻；R₂是磁路中的转子磁阻。磁路中气隙、定子和转子磁阻的计算公式为

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式中，l_i是磁路长度；S_i是磁路面积；μ_i是磁导率，由材料的B-H曲线和磁场强度决定。永磁体磁阻的计算公式为

式中，γ是对应工作点的恢复系数；S_m是永磁体横截面积。定子和转子都是用磁导率相对较高的铁磁性材料制成的，因而它们的磁阻相对于气隙和永磁体所产生的磁阻来说非常小，可忽略不计。再者，永磁体横截面积S_m与气隙横截面积S₀基本相等，因此结合式（4-29）～式（4-32）可得

故静态时永磁缓速器的气隙磁通密度B₀为

在永磁体磁极的w范围内，气隙较小，故在此磁极下沿定子圆周各点的主磁场较强；在磁极范围外，气隙较大，主磁场显著减弱，到两极之间的几何中心线处，磁场等于零。静态时永磁缓速器内的磁场分布如图4-8所示。图4-9给出了永磁缓速器静态时的气隙磁通密度分布曲线。

图4-8 静态时永磁缓速器内的磁场分布

图4-9 永磁缓速器静态时的气隙磁通密度分布曲线