永磁体预偏磁电感器的可视化分析方法
既有电感器,永磁预偏磁电感器结构的示意图、磁通方向和等效磁路分别如图1~图4所示。
说明:①图1铁心长l=130mm,截面S=36mm2,匝数N=60,气隙lg可由l确定[16]为0.8mm;②1为线圈、2为线圈中的磁心、3为气隙、4为旁路软磁体、5为软磁垫片、6为永磁体;线圈磁动势和磁通为Fc、1,永磁磁动势和磁通为Fm、2;③以图中A、B为节点可构成3个支路,即线圈磁通c支路、气隙磁通g支路和永磁体磁通m支路;④3为Fm作用于线圈支路的磁通,4为Fc作用于永磁体支路的磁通,Fc和Fm通过部分铁心和气隙形成有公共支路的气隙磁路。
磁心、气隙、旁路软磁体、软磁垫片和永磁体的材质及尺度选择均直接影响到电感器的性价比。
2.2三个支路磁阻的构成
线圈支路磁阻:图4中与c对应的磁阻用Rc表示,它仅为线圈磁路中较长但截面较小部分铁心(铁心左、上下侧全部、右侧一部分)的磁阻。气隙支路磁阻:与g对应的磁阻用Rg表示,它由两部分构成,为线圈磁路中截面积较宽的部分铁心的磁阻Rw与气隙本身磁阻Rg之和,Rg=Rw+Rg。永磁体支路磁阻:与m对应的磁阻用Rm表示,它也由两部分构成,为永磁体本身磁阻Rm和软磁垫片磁阻Rs之和,Rm=Rm+Rs。
2.3两个独立磁路的相交
将永磁体导入电磁磁路是两个独立磁路的相互交联问题,有串联和并联两种形式,串联式的作用直接但交流电磁分量会使永磁体发热、冲击电流甚至会导致永磁体退磁,本文讨论的是并联式。将图3的磁路抽象出来可得图5,I、II分别表示电磁磁路和永磁磁路,a、b为两者的交点。
论点:在有公共支路的两磁路中,既有两磁通同向支路,也有两磁通反向支路。
证明:设两闭合有向磁路I、II的磁通方向如图5所示,均为反时针方向,a和b为两磁路交联时的连接点,a-c-b和a-d-b均为公共支路。因两磁路的方向已经确定,I、II两磁路的方向在公共支路a-c-b上相同,则I、II两磁路方向在公共支路a-d-b上必然相反。