新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的研發(fā)

黃倩+邱剛

摘 要 傳統(tǒng)的電勵(lì)磁爪極發(fā)電機(jī)存在發(fā)電效率低、磁場調(diào)節(jié)困難的問題，對(duì)此我國的技術(shù)人員提出了一種新型的混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)。本文將對(duì)新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、磁場運(yùn)行規(guī)律，以及新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)對(duì)磁場的調(diào)節(jié)能力進(jìn)行具體分析，希望能給相關(guān)人士提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】混合勵(lì)磁 爪極發(fā)電機(jī) 研究

電勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航天工程等領(lǐng)域。但是電勵(lì)磁無刷爪機(jī)發(fā)電機(jī)的缺陷也比較明顯，比如說這種發(fā)電機(jī)的功率密度比較小，能量的損耗性很大，而且在使用過程中存在安全隱患問題。永磁爪極發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、效率較高的優(yōu)勢，但是在對(duì)氣隙磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)同樣存在弊端。在兩種發(fā)電機(jī)都存在缺陷的情況下，新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

1 新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，從圖1我們可以看出，這種發(fā)電機(jī)是由幾個(gè)主要部分組成的，如機(jī)殼、定子、隔磁層等等。對(duì)這種新型發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)和普通的發(fā)電機(jī)具有類似之處，都有槽鐵心和對(duì)稱繞組的組成結(jié)構(gòu)，而且在電樞和機(jī)殼之間都存在一個(gè)磁套。

新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由兩個(gè)爪極組成的，和傳統(tǒng)的爪極有很大區(qū)別。從圖中可以看出，新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的爪極極掌在中間位置，而且相隔一段長度。在爪極和爪極之間，有一個(gè)隔磁的部分，根據(jù)相對(duì)位置可以對(duì)爪極進(jìn)行有效區(qū)分。兩個(gè)相鄰爪之間有一個(gè)永磁體，在它的作用下兩個(gè)磁場實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)的關(guān)系。此外，在電機(jī)的外面，有兩個(gè)對(duì)稱的繞組，它們共同成為電機(jī)磁路的一部分。

2 新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的磁場運(yùn)行規(guī)律

新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的磁場運(yùn)行規(guī)律和發(fā)電機(jī)中的兩個(gè)組成部分密切相關(guān)，這兩個(gè)部分便是永磁體和勵(lì)磁繞組。永磁體和對(duì)稱繞組能夠使電流發(fā)生改變，原本橫向運(yùn)行的電流變成豎向的形式，進(jìn)而影響了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行。

當(dāng)這種新型的發(fā)電機(jī)進(jìn)行增磁時(shí)，主要是通過對(duì)稱繞組來完成這項(xiàng)工作的。在增磁的過程中，發(fā)電機(jī)的磁路被劃分成了兩個(gè)部分，而且這兩個(gè)磁路都被串聯(lián)在儀器之中。發(fā)電機(jī)進(jìn)行通電增磁之后，電磁進(jìn)入了氣隙，在此時(shí)永磁體電磁的路徑具體如下：永磁體的電磁通過爪極，然后進(jìn)入主氣隙之中，到達(dá)定子齒，之后由定子齒循環(huán)進(jìn)入主氣隙，到達(dá)爪極，最后通過永磁體到達(dá)另一個(gè)電極。電勵(lì)磁電磁的路徑具體如下：電勵(lì)磁的電磁通過勵(lì)磁支架，進(jìn)入到附加氣隙之中，然后進(jìn)入爪極，通過主氣隙進(jìn)入了定子，之后從定子中通過，到達(dá)主氣隙，經(jīng)過爪極和附加氣隙，最終進(jìn)入勵(lì)磁支架。在運(yùn)動(dòng)的過程中，氣隙磁場隨著電流的增大而逐漸增大，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)混合勵(lì)磁。

3 新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢

（1）新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)具有調(diào)節(jié)磁場的優(yōu)勢。這種新型的發(fā)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氣隙磁場的調(diào)節(jié)。當(dāng)電流加大，磁場相應(yīng)加大，當(dāng)電流減小，磁場相應(yīng)減小，這樣可以讓磁場變化保持在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

（2）新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)具有提高磁密的優(yōu)勢。這種新型的發(fā)電機(jī)既然可以調(diào)節(jié)氣隙磁場，就能對(duì)氣隙的磁密產(chǎn)生影響。發(fā)電機(jī)在提高磁密的過程中，應(yīng)用了對(duì)稱繞組和永磁體，在二者的共同作用下，磁密得到提高。

（3）新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)具有可靠性的優(yōu)勢。這種新型的發(fā)電機(jī)可以在停止工作時(shí)停轉(zhuǎn)電刷結(jié)構(gòu)，保障發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和安全性。由于這種性能，它被稱為無刷爪極發(fā)電機(jī)。

（4）新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)可以保證氣隙磁場的均勻。傳統(tǒng)的電勵(lì)磁爪極發(fā)電機(jī)在發(fā)電的過程中不能規(guī)范極弧的長度，無法保證氣隙磁場的對(duì)稱，但是新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)卻很好地解決了這一問題。

4 新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的有限元分析

4.1 界限條件

分析這種新型發(fā)電機(jī)的有限元，應(yīng)該建立數(shù)學(xué)模型。想要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，就要確定模型建構(gòu)的界限條件。為了提高建模的精準(zhǔn)性，需要對(duì)永磁體進(jìn)行細(xì)致研究，對(duì)爪極進(jìn)行精準(zhǔn)建模。

新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)具有幾何對(duì)稱性，因此在建立數(shù)學(xué)模型之后，應(yīng)該代入之前確定好的界限條件，讓磁力線和邊界面保持連通，以此為依據(jù)對(duì)發(fā)電機(jī)的有限元進(jìn)行分析。

4.2 磁場分布

通過調(diào)查實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組所產(chǎn)生的軸向電磁，和永磁體產(chǎn)生的切向電磁，二者在爪極位置實(shí)現(xiàn)了匯合。在爪極的作用下，電磁通過了氣隙、定子，到達(dá)另一極，然后再循環(huán)往復(fù)這個(gè)過程，逐漸形成一個(gè)磁通回路。對(duì)新型混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)的氣隙磁密進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)勵(lì)磁電流為0時(shí)，氣隙磁密為一個(gè)數(shù)值，當(dāng)勵(lì)磁電流逐漸加大時(shí)，氣隙磁密的數(shù)值也在不斷發(fā)生變化。

5 結(jié)論

傳統(tǒng)的電勵(lì)磁爪機(jī)發(fā)電機(jī)存在發(fā)電效率低、磁場調(diào)節(jié)困難的問題，為了解決這一問題，技術(shù)人員應(yīng)該加大研發(fā)力度，將新型的混合勵(lì)磁無刷爪極發(fā)電機(jī)投入生產(chǎn)。

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作者單位

重慶三峽學(xué)院 重慶市 404000