第6章磁力的估算由理论热学可知,体系在某一方向的力和扭矩等于在该方向的能量梯度,可抒发为:(6-1)式中,—为体系的能量,—在方向的座标,—方向的力,—作用在方向的扭矩,—旋转角。1.吸引力的估算1)气隙能量有解的表达式:或(6-2)由上式得吸引力:(6-3)式中,—吸引力,—气隙磁密,—板面积磁力矩,—真空磁导率2)假如气隙较大,不均匀,能量表达式由(3)得引力应为:(6-4)式中,—吸引力,—,—。为了估算便捷,将上式化为:(6-5)式中,—,—,—。(6-6)dV为气隙容积元,积分在全部气隙中进行,假如时,应改为,此式由计算机求出,再由求出。3)也可不先求,直接按下式求出磁吸引力:(6-7)——作用于磁极上的磁吸引力;——包围该物体的任意表面;——作用于该表面上的挠度;的表达式为:(6-8)——沿积分表面s法线方向的单位矢量;——磁感应硬度矢量4)下边介绍与铁氧体之间的磁吸引力。试验证明,在永磁体半径D等于高度时,吸引力最大。故假设,此时,气隙磁密可用下述公式(注:此法由磁核积分法导入)。在磁力试验中发觉永磁体的也起作用,故将上式改为:(6-9)例,求两个铁氧圆环之间的吸引力。两环的磁特点和几何规格为:,,,高度可把圆环看成是半径和高度的圆锥绕轴旋转而成的,故可用(6)和(10)式联立求解。
试验结果和估算结果表面,当相对气隙曾经估算值和试验值相仿。2.敌视力的估算由库伦定理可知,敌视力在数值上与吸引力相等,(6-10)当与符号相同,为敌视力;当与符号相反,为吸引力。这个条件对于线性退磁曲线的铁氧体和稀土铬永磁体,基本满足,而对于等的永磁体不满足。这个条件虽然对,吸引力也稍小于敌视力。这是因为在敌视条件下,有一磁矩偏离原先的方向,进而使磁板长度有所减弱。假如两个永磁体的退磁曲线与纵坐标的交角接近450,则M在退磁场中变化越微小。例,借助磁荷积分法,求出吸引力与敌视力,将抵触力的估算值与试验值比较,可知:当时,估算值和试验值接近;当较小时,估算值小于试验值;当大时,估算值大于试验值。故在借助敌视力的系统中,为了稳定,常使用中等气隙。由于气隙太小时,敌视力与气隙的曲线太陡。气隙稍有变化,敌视力变化太大,不利于稳定。而气隙太大,则抵触力太小,须要使用更多的永磁材料。所以选择中等气隙较合适。扭矩的估算1)永磁转矩马达的转矩。(6-11)——力矩(,减去9.8九化为);——常数,决定于马达的具体结构;——每板的总电压(A);——每板的磁路量(Wb).2)磁力传动器的扭矩估算。平面轴向磁力传动器。
静止时,永磁体的工作点在A,这是低状态,转动时,主动体与被动体有一个角度差(或较相位差),永磁体的工作点在C,这是高状态,它的能量用下式估算:(6-12)为全部永磁体的容积,在A点有:(6-13)在C点有:(6-14)上两式各符号的意义与磁导法中相同。角标1对应A点,角标2对应C点。假设,(忽视漏磁),里面条件在空气和真空中创立,在A1,Cu,无磁碳钢中也基本创立,得:(6-15)借助的关系,求出(6-16)于是得到能量表达式:(6-17)进一步估算转矩:(6-18)令,代入(23)式,得:(6-19)当=1时,欲得到最大扭力,由式(24)确定条件是:代入式(24)中,得,式中,——G;——,永磁体的面积;——,永磁体的直径。注意:(a)当和的值变化时,的最佳值也要变化;(b)在较大的场合,=1和这两个条件不能试验,这时得到的扭矩显著大于。时理想设计的最大值,在较小时磁力矩,能接近。(c)实际估算时应考虑气隙磁密分布的状态(它和极数有关)。系数,当气隙磁密时理想的圆形波时,为1.0;当气隙磁密分布时理想的正圆形波时,为0.5。当气隙磁密在二者之间,在0.5与1.0之间取值。为设计留有余量,通常取=0.5。
(d)由气隙磁能求力和扭矩气隙磁电Wg可通过气隙磁路,气隙磁压降,和气隙磁导Pg来表示:(6-20)按理论热学求力和扭矩的法则,在x方向的力,(6-21)方向的扭矩,(6-22)例,求两平行磁体之间的吸引力。气隙截面,间隙,,,或或轴向吸引力,这三个多项式是等价的,由于,式中,例2,同轴圆锥表面由径向磁路造成的轴向力。同轴圆锥表面的径向气隙,可动小圆锥的直径,深入大圆筒内的深度为,欲求小圆锥所受的轴向力。解:径向气隙中的磁导,或例3,求同轴圆锥面之间的转矩。定子直径为,转子的单边气隙为,定子离开平衡位置的拐角为(单位为弧度)。气隙磁导,扭矩,或