无刷直流风机橡胶磁永磁体充磁波形对风机性能影响的研究.pdf

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1、第5期2012年10月机电元件ELECTROM哐CHANICALC0～Ⅱ叼INEpn葛VoL32Nn50cL2012无刷直流风机橡胶磁永磁体充磁波形对风机性能影响的研究王德伟1，于收海2，赵越超2。孙德龙2。张彦修2(1驻一一七厂军事代表室110144，2沈阳兴华航空电器有限责任公司1lOl44)摘要：本文对无刷直流风机橡胶磁永磁体充磁方式、充磁设备及参数作了阐述，通过计算、分析和试验数据来说明如何获得理想的充磁波形及充磁波形、充磁电压对风机性能的影响。关键词：橡胶永磁体；无刷直流风机；磁密波形

2、D0i：lO．3969／j．i黼n．1000一6133．2012．05．013中图分类号：。瑚153．5文献标识码：A文章编号：1000—6133(2012)05一∞54一071引言无刷直流风机是外转子永磁无刷直流电动机带动安装于转子上的扇叶旋转，形成定向出风的机电产品。由于无刷直流风机既具备交流风机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流风机的运行效率高、元励磁损耗以及调速性能好等特点，故在电子设备上通风、散热领域有广泛应用。本文对无刷直流风机橡胶磁永磁体充磁方式、充磁设备及参数

3、做了阐述，通过计算、分析和试验数据来说明如何获得理想的充磁波形及充磁波形、充磁电压对风机性能的影响。2永磁体充磁方式永磁体的充磁方式有平行充磁和径向充磁两种。20世纪90年代以前，国内普遍采用平行充磁方式，近十几年来，径向充磁方式得到发展。对永磁体充磁方式的研究，有助于发挥永磁体潜力，改善电机性能。永磁直流电机，径向充磁方式气隙磁通高于平行充磁方式，随着极对数的增加，两者趋于接近；永磁交流电收稿日期：2012—09一07机平行充磁方式的气隙磁通高于径向充磁方式的气隙磁通，随着极数的增加，两者相差

4、越明显。外转子表贴式永磁电机，永磁体外表面贴于转子内圆，内表面面向气隙。图1分别给出了4极外转子表贴式永磁电机平行充磁和径向充磁磁场分布图。图l(a)平行充磁方式磁钢内部磁密近似均匀，故磁钢附近区域的磁路不易发生局部饱和，而图l(b)径向充磁方式磁密沿半径由外向内逐渐增加，在磁钢内径处到达最(a)平行充磁方式(b)径向充磁方式图l外转子表贴式永磁电机两种充磁方式磁力线分布图大，对外转子结构而言，选用径向充磁有较大的气隙磁通。因此，充磁方式对电机气隙磁密波形和气隙磁通大小有重要影响：径向充磁方式气

5、隙磁密为矩形波，更适用于无刷直流电机和直流电机，外转子表第5期王德伟等：无刷直流风机橡胶磁永磁体充磁波形对风机性能影响的研究55贴式永磁电机中有更大的气隙磁通；对内转子表贴式永磁电机，平行充磁方式具有提供更大气隙磁通的潜力。对于外转子的风机产品为了获得更大的气隙磁通，选用径向充磁方式，并且径向充磁方式获得的矩形波气隙磁密更有助于无刷直流风机控制。3充磁设备及相关参数现有的充磁机大多数为脉冲式充磁机。该设备操作方便，能用较少的电能产生较强的脉冲磁场，其工作原理图如图2所示。图2充磁机工作原理图C为

6、储能电容器组，￡为充磁线圈，y为直流电源，R为限流电阻，K为大功率开关器件(由充放电控制电路控制充电时)。接通A点，电源y经R使储能电容器组C充电至设定电压；放电时K接通B点，c向脉冲充磁线圈￡放电，由于回路阻抗很小因而形成很大的放电电流峰值，产生强脉冲磁场。充磁回路是一典型的二阶零输入响应电路，当回路电阻较小，符合R<2~／￡／c这一条件时，电流响应呈衰减阻尼的正弦振荡波形，由于功率开关器件K(常用大功率快速可控硅)的存在，振荡的负半周不能进行。我们所关心的是流经充磁线圈电流波形的幅度i。和宽

7、度￡。，特别是达到饱和磁化值电流幅度的瓦和波形宽度￡。，见图3所示。一般可取半功率点宽度，即：．1铲万”铲虿屹当被充磁体没有放置到充磁夹具里时，充磁线圈空载，由电路理论可知：i。=v、／C／Ltd=霄、／CL图3脉冲充磁电流波形当充电电压、电容容量确定后，脉冲电流波形主要由充磁线圈的电感￡决定，但L在充磁时不是一个常量，因为充磁线圈的电感随线圈的工作状态将发生变化，空载和有载时不同，负载时又因被充磁体的材质和体积的不同而不同。当被充磁体放人充磁线圈时，充磁线圈的参数就起了变化。如果被充磁体是稀土

8、永磁合金，则充磁线圈就从空芯电感变为“铁芯”线圈，其电感量￡将有明显上升，充磁电流i。将减小，充磁波形的宽度￡。将增大，因此在设计计算充磁场强时应同时考虑充磁线圈和被充磁体组合后的状况才比较符合实际充磁时的工作状态。脉冲磁化过程与直流磁化不同，是一个动态过程有必要考虑被充磁体材料的介质损耗(这里涡流损耗磁滞损耗和反常损耗统称为介质损耗)。永磁铁氧体是多晶陶瓷结构，电阻率大，涡流损耗小，在满足饱和场强(约1000kA／m)的情况下，可选择￡。=2～5ms；稀土永磁合金是金属材料，为了减小涡流损耗应